JP2009169419A - ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）マイクロディスプレイのカラーに基づいたマイクロデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】従来システムで一般に必要とされるカラー光を除く改善されたＬＣＯＳマイクロデバイスを提供する。
【解決手段】本発明の１態様によれば、ＬＣＯＳ構造は、ＬＣＯＳチップで直接にカラーフィルタを使用する。使用される色の数に依存して、カラーフィルタは、マイクロデバイスにおける画素と一致するため、ＬＣＯＳチップ全体にわたり予め定義されるパターンに従って繰り返し配置される。白色光がＬＣＯＳマイクロデバイスにフォーカスされるとき、マイクロデバイスは、カラー画像を反射し、次いでから画像は拡大され、ディスプレイスクリーンに投影される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ディスプレイデバイスの分野に関する。より詳細には、本発明は、対応する反射光の光学系を簡略化することができるように、カラーフィルタをもつＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）マイクロデバイスに関する。

ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のような２つの偏向パネル間で液晶を使用する代わりに、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）マイクロデバイスは、１つの透明な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と１つのシリコン半導体との間の液晶層を有する。半導体は、反射型の、画素化される表面を有する。ランプは、偏向フィルタを通して光を装置で光らせ、液晶は、ゲート又はバルブのように作用し、反射表面に到達する光の量を制御する。より高い電圧を特定の画素の結晶が受けると、より多くの光を結晶は通過することができる。これを行うため、幾つかの異なる材料の装置が必要とされる。

一般に、ＬＣＯＳ装置は、画素間で非常に小さなギャップのみを有する。画素ピッチ、同じ色のある画素と次の画素との間の水平方向の距離は、８〜２０ミクロン（１０^-6）である。ＬＣＯＳ技術は、液晶ディスプレイとプラズマディスプレイ技術よりも非常に高い解像度の画像を生成することができ、これにより、テレビジョンのような装置を実現する費用を安価にする。

ＬＣＯＳマイクロデバイスは、１つの透明な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と１つのシリコン半導体の間に液晶層を有する。この半導体は、反射型の、画素化された表面を有する。ランプは、偏向フィルタを通して光を装置で光らせ、液晶は、ゲート又はバルブのように作用し、反射表面に到達する光の量を制御する。より高い電圧を特定の画素の結晶が受けると、より多くの光を結晶は通過することができる。これを行うため、幾つかの異なる材料の層が必要とされる。一般に、テレビジョンから装置に命令及び電気を伝達するプリント回路ボード（ＰＣＢ）、テレビジョンの画素トライバからのデータを使用して、一般に画素当たり１つのトランジスタをもつ液晶を制御するシリコンチップ、ピクチャを形成するために光を反射する反射コーティング、反射コーティングに到達する光及び反射コーティングから離れる光の量を制御する液晶層、光を正確に方向付けするように適切に配置される液晶を保持するアライメント層、シリコン及び液晶により回路を完成する透明電極、及びマイクロデバイス全体を保護及びシーリングするガラスカバーが存在する。

一般に、ＬＣＯＳディスプレイの２つのボードカテゴリが存在する。３パネルデザインでは、色当たり１つのディスプレイチップが存在し、画像は光学的に結合される。１パネルデザインでは、カラーストリームを結合するため、信頼される観察者の目により連続して赤、緑及び青成分を示す。それぞれの色が与えられるとき、カラーホイール（又はＲＧＢ ＬＥＤアレイ）は、赤、緑又は青の光のみでディスプレイを照明する。カラーフィールドの周波数が約５４０Ｈｚよりも低い場合、カラーブレイクアップと呼ばれる作用が見られ、この場合、画像又は観察者の目の何れかが動いているとき、誤った色が一時的に知覚される。費用が安価である一方で、シングルパネルプロジェクタは、高速ディスプレイエレメントが１フレーム期間の間に全ての３色を処理することを要し、カラーブレイクアップを回避する必要は、ディスプレイ技術の速度に関して更に要求する。

図１は、３つのＬＣＯＳマイクロデバイス及び３つのＬＣＯＳマイクロデバイスからの画像を形成する光エンジンを含む従来のＬＣＯＳシステム１００を示す。ランプ（図示せず）は、コンデンサレンズを通過する白色光のビームを生成する。この光は、可視光のみが通過するのを可能にするフィルタ１０４を通過するために焦点合わせされ、このフィルタは、他のコンポーネントを保護するのを助ける。フィルタリングされた白色光は、ある波長を反射しつつ、残りの光が通過するのを可能にする一連の二色性のミラー１０６を通過する。たとえば、二色性ミラー１０６は、白色光から赤の光を分離することができ、青及び緑を残し、第二のミラーは、緑の光を分離することができ、青のみを残す。新たに形成されたカラー光のビームは、それぞれ１つが赤、緑及び青であり３つのＬＣＯＳマイクロデバイス１０８，１１０及び１１２のうちの１つと同時に衝突する。それぞれのマイクロデバイス１０８，１００及び１０２からの反射された光は、フルカラー画像１１４を形成する光を結合するプリズム１１４を通過する。投影レンズ１１６が設けられ、画像１１４を拡大し、拡大画像をスクリーン１１８に投影する。

図１に示されるように、光エンジンは、機械的に複雑化され、３つの反射された画像が正確に一致することを保証するため、多数の手動的なキャリブレーションを必要とする。１つの光学的なコンポーネントのアライメントが外れている場合、歪んだ色が知覚される。

光エンジンに低い複雑度を要求するＬＣＯＳマイクロデバイスについて必要が存在する。

このセクションは、本発明の幾つかの態様を概説し、幾つかの好適な実施の形態を簡単に導入するものである。このセクションにおける簡略化又は省略は、要約及びタイトルにおけるのと同様に、このセクション、要約及びタイトルの目的を曖昧にすることを回避するために行なわれる。係る簡略化又は省略は、本発明の範囲を制限することが意図されない。

本発明は、一般に従来技術のシステムで必要とされるカラー光を除く改善されたＬＣＯＳマイクロデバイスに関する。本発明の１態様によれば、ＬＣＯＳ構造は、ＬＣＯＳチップにおいて直接的にカラーフィルタを使用する。使用される色の数に依存して、カラーフィルタは、マイクロデバイスにおけるＬＣＯＳチップ全体にわたる予め定義されたパターンに従って反復的に配置される。白色光がＬＣＯＳマイクロデバイスにフォーカスされるとき、該デバイスはカラー画像を反射し、次いで、カラー画像は拡大され、ディスプレイスクリーンに投影される。

本発明の別の態様によれば、グループピクセルは、それぞれのカラーフィルタのセットによりカバーされる画素を含む。画素のサイズ（幅及び高さ）は、グループピクセルの予め決定されたサイズにより制限される。より小さな画素によるディスプレイ画像の明るさを補償するため、ビデオ又はイメージコントローラが採用される。このコントローラは、それぞれが１つの画素のタイプを駆動する少なくとも３つのバッファを含む。１実施の形態では、３つの異なる色におけるビデオのフレームは、１を超える頻度（たとえば２度又は３度）でＬＣＯＳチップを同時に駆動する３つのバッファでそれぞれバッファリングされる。結果として、ディスプレイスクリーンに投影される画像は、１を超える頻度で表示され、人間の目により知覚される累積して明るい表示が得られる。

本発明は、方法、システム又はシステムの一部として実現される場合がある。１実施の形態によれば、本発明は、グループピクセルのアレイを含むＬＣＯＳマイクロデバイスを有するＬＣＯＳシステムであり、グループピクセルのそれぞれは、３タイプのカラーフィルタによりそれぞれカバーされる３つの画素を含み、光エンジンは、白色光を受信し、ＬＣＯＳマイクロデバイスに白色光を投影し、このマイクロデバイスは、カラー画像を反射し、光エンジンは、カラー画像をディスプレイスクリーンに投影する。

本発明の上述した目的、特徴及び利点、並びに他の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照して説明される好適な実施の形態に関する以下の詳細な説明から更に明らかとなるであろう。

本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明により容易に理解され、添付図面において、同じ参照符号は、同様な構造的なエレメントを示す。
３つのＬＣＯＳマイクロデバイス及び３つのＬＣＯＳマイクロデバイスから画像を形成する光エンジンを含む従来のＬＣＯＳシステムを示す図である。 本発明の１実施の形態に係る例示的なＬＣＯＳチップを示す図である。 図２Ａのチップで使用される場合があるピクセルグループの例示的な構造を示す図である。 本発明の１実施の形態に係るＬＣＯＳマイクロデバイスの例示的な外部レイアウトを示す図であり、カラー画像が３タイプのカラーフィルタ（たとえば赤、緑及び青）を介して直接に生成される。 図２ＡのＬＣＯＳチップを使用したシングルＬＣＯＳマイクロデバイス及びディスプレイスクリーンへの投影のために画像を形成する光エンジンを利用した例示的なＬＣＯＳシステムを示す図である。 ディスプレイスクリーンに投影される知覚される画像の明るさを増加するため、１を超える頻度で図２ＡのＬＣＯＳチップ２００を駆動するためにデータをバッファリングする少なくとも３つのバッファを含むコントローラを示す。 別の実施の形態に係る例示的な画素のレイアウトを示す図であり、それぞれの画素グループにおける画素の行は、図２Ａに比較して画素サイズの半分だけシフトされる。 チップサイズ又は個々の画素のサイズを増加することなしにディスプレイの強度を増加することを考慮した例示的なレイアウトを示す図である。 様々なサイズを重用するに十分に柔軟な対応するフィルタ層を示す図である。

本発明の詳細な説明は、ネットワークに結合されるデータ処理装置の動作に直接的又は間接的に類似する手順、ステップ、ロジックブロック、処理、及び他のシンボル表現の観点で与えられる。これらのプロセスの記述及び表現は、本発明の要旨を他の当業者に最も有効に伝達するために当業者により典型的に使用される。「１実施の形態」又は「実施の形態」に対する参照は、実施の形態と共に記載される特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。明細書における様々な位置におけるフレーズ「１実施の形態では」の出現は、必ずしも、同じ実施の形態を全て示すものではなく、他の実施の形態と相互排他的な個別又は代替的な実施の形態である。さらに、本発明の１以上の実施の形態を表すプロセスフローチャート又はダイアグラムにおけるブロックの順序は、本質的に特定の順序を示すものではなく、本発明における制限を含むものでもない。

図面を参照して、ここで同じ符号は幾つかの図面を通して同じ部材を示す。図２Ａは、本発明の１実施の形態に係る例示的なＬＣＯＳチップ２００を示す。このチップ２００は、グループピクセルのアレイを示し、それぞれのグループピクセルは、Ｒ，Ｇ及びＢとして参照される３つのカラー画素を含む。言い換えれば、グループピクセル２０２に於ける画素は、対応するカラーフィルタでカバーされる。１実施の形態では、３つの原色のフィルタ赤（R）、緑（G）及び青（B）が使用される。図２Ｂは、図２Ａのチップ２００で使用されるピクセルグループの例示的な構造２１０を示す。３つの画素２１４，２１６及び２１８は、たとえばＣＭＯＳプロセスを通して形成される基板２１２に積層される。３つの画素２１４，２１６及び２１８の上では、フィルタレイヤ２２０、シールレイヤ２２２及び液晶レイヤ２２４が存在する。フィルタレイヤ２２０は、３種類のフィルタを含み、赤（R）、緑（G）及び青（B）フィルタは、３つの画素２１４，２１６及び２１８とそれぞれ一致し、ピクセルグループにおける３つの画素が得られる。

１実施の形態では、画素２１４，２１６及び２１８のサイズは、その高さの３分の１である幅をもつ矩形で形成される。結果として、接近して配置される３つの画素２１４，２１６及び２１８は、殆ど方形のグループピクセルを形成する。１９２０×１０８０の解像度をもつ高精細テレビ（ＨＤＴＶ）についてである場合、本発明に係るＬＣＯＳチップは、（１９２０×３）×１０８０画素を有する。ＬＣＯＳチップにより、そのために設計される光エンジンは、大いに簡略化することができる。結合及び投影のために３色画像を生成するために複雑化された光エンジンを利用する従来技術とは異なり、本発明のＬＣＯＳを採用するテレビジョンシステムは、結合のために分離されたカラー画像を必要としない光エンジンを必要とする。

図２Ｃは、本発明の１実施の形態に係るＬＣＯＳマイクロデバイスの例示的な外部レイアウトを示す。オンチップカラーフィルタ（たとえば赤、緑及び青）により、カラー画像は、直接生成され、スクリーンに投影される。

図３は、図２ＡのＬＣＯＳチップを使用したシングルＬＣＯＳマイクロデバイスと、投影スクリーン３１８のための画像を形成する光エンジンとを採用する例示的なＬＣＯＳシステムを示す。ランプ（図示せず）は、コンデンサレンズを通過する白色光のビームを生成する。光は、可視光のみを通過することができるフィルタ３０４を通過するために焦点及び方向が合わされる。フィルタリングされた光は、反射手段３０６によりＬＣＯＳマイクロデバイス３１０に反射される。本発明に係るＬＣＯＳマイクロデバイス３１０は、フルカラー画像３１４を反射するため、カラー光を分離する必要、又はカラー画像を結合する必要がない。投影レンズ３１６は、画像３１４を拡大し、それをスクリーン３１８に投影する。結果として、光エンジンは大いに簡略化される。

係るシステムの全体のコストが図１に示された対応するシステムのコストよりも非常に低いため、係るシステムにおいて光コンポーネントの正確なアライメントが必要とされず、係るシステムのアセンブリも簡略化される。

個々の画素のサイズは、グループピクセルのサイズにより何らかの形で制限されることが先に記載された。投影された画像の明るさは、同じ光源が使用された場合、図１のシステムにおけるものと同様に明るくない場合がある。投影された画像の明るさを増加するため、ＬＣＯＳチップ２００を駆動するために設計されるコントローラは、本発明の１実施の形態に従って図４に示される。コントローラ４００は、１つがＬＣＯＳチップにおける１つの画素のタイプである３つの画像バッファを含む。したがって、図２Ａの例示的なＬＣＯＳチップ２００において３タイプの画素が存在する。動作において、ビデオ信号が処理され、コントローラ４００で受信されたとき、ビデオ信号が既に分離されていない場合、ビデオ信号は、３つのカラーのビデオ信号（たとえば赤、緑及び青）に分離される。

図２ＡのＬＣＯＳチップ２００が３タイプのカラーフィルタを使用するとき、３タイプの画素が存在する。一般に、タイプするカラーフィルタにより「赤」の画素、「緑」の画素及び「青」の画素であるが、他の可能なカラーフィルタも同様に使用される場合がある。それぞれのタイプの画素を駆動するため、ＬＣＯＳチップは、適切な信号を受ける対応するピンを提供する。集合的に、ＬＣＯＳチップは、３つのタイプのピンを有することが想定され、それぞれのピンは、１つのタイプの信号に指定される（たとえば「赤」、「緑」又は「青」タイプの画素を駆動する信号）。

それぞれのフレームについて、対応する画像データは、予め定義された時間について画像バッファのうちの１つにバッファリングされる。画像バッファが一度だけディスプレイデバイスを駆動するために画像データをバッファリングするために使用される従来システムとは異なり、コントローラ４００における画像バッファは、１を超える頻度でＬＣＯＳチップを駆動することが行なわれる。言い換えれば、ＬＣＯＳチップを駆動するために１を超える頻度で同じデータが使用される。知覚される結果として、人間の目として累積した明るい画像は、知覚において累積される。動作において、３色画像は、コントローラ４００における３つのバッファにそれぞれ記憶される。これら３つのバッファは、１を超える頻度（たとえば２回又は３回）で同時にＬＣＯＳチップを駆動し、本質的に、次のデータ又は信号のセットによりフラッシュされる前に、１を超える頻度で同じ信号が表示される。

図５Ａは、別の実施の形態に係る画素の例示的なレイアウト５００を示す。図２Ａに比較して、それぞれの画素グループにおける画素の行は、画素サイズの半分だけシフトされる。図５Ａに示されるように、グループピクセルは、３つの画素で構成され、そのうちの１つは、隣接するグループピクセルで共有される。たとえば、グループピクセル５０２は、Ｒ，Ｇ及びＢとしてそれぞれラベル付けされた３つの画素を含み、Ｇ画素５０４は、グループ画素５０６における３つの画素の１つである。同様に、グループピクセル５０６におけるＧ画素は、グループピクセル５０８における３つの画素のうちの１つである。図５Ａで配置されるカラーフィルタの利点は、ＬＣＯＳマイクロデバイスが提供する増加された空間解像度であることが理解される。同じサイズのＬＣＯＳマイクロデバイスが与えられると、空間解像度が２倍になる。たとえば、図２Ａの４×４のグループピクセルのエリアは、図５Ａにおけるフィルタアレンジメントに従って８×８のグループピクセルを与える。言い換えれば、６４０×３６０又は１９２０×１０８０の解像度について構成されるＬＣＯＳマイクロデバイスは、図５Ａにおけるフィルタアレンジメントに従って１２８０×７２０又は３８４０×２１６０の解像度を投影する。

１実施の形態によれば、解像度の要件を維持し、同じサイズＬＣＯＳチップを保持するため、画素のサイズは、図５Ａにおけるフィルタアレンジメントにより拡大される。結果として、結果的に得られるＬＣＯＳマイクロデバイスの明るさが向上する。

図５Ａのレイアウト５００は、チップサイズを増加することなしにディスプレイの解像度を増加することを考慮することについて開示された。図５Ｂは、チップサイズ又は個々の画素のサイズを増加することなしに、ディスプレイ強度を増加することを考慮する例示的なレイアウト５２０を示す。レイアウト５２０におけるフィルタパターンは、５０％が緑、２５％が赤及び２５％が青であり、したがって、ＲＧＢＧ又はＧＲＧＢと呼ばれる。１実施の形態では、それぞれのグループピクセルは、レイアウト５２０における３つの画素により形成される。たとえば、第一のグループ画素５２２は、３つの隣接するＲＧＢ画素により形成され、第二のグループ画素５２４は、３つの隣接するＲＧＢ画素により形成され、そのうちの１つは、第一のグループピクセル５３３から共有され、そのうちの別の１つは、３つの隣接するＲＧＢ画素により形成される第三のグループピクセル５２６から共有される。ある意味では、グループピクセルは、２つの隣接する画素を利用することで、３倍に拡大される。

図５Ｃは、特に必要とされるサイズを収容するために切り取られたフィルタレイヤ５２０の例を示す。たとえば、フィルタレイヤ５２０は、１９２０×１０８０の解像度について設計される。フィルタレイヤは、９つの部分の小さなフィルタレイヤに切り取られ、それぞれが６４０×３６０の解像度に対応する。図５Ａのフィルタアレンジメントによれば、小さなフィルタレイヤは、１２８０×７２０の解像度を提供するため、ＬＣＯＳマイクロデバイスで使用される。

本発明は、所定の程度で十分に詳細に記載された。本実施の形態の開示は例示のみにより行なわれ、アレンジメント及び部材の結合における様々な変形は、特許請求の範囲で請求されるように本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに行なわれる場合があることは、当業者に理解される。本明細書で説明された実施の形態は、フォーマット及びアレンジメントの観点で、情報ユニットの提示に関して幾つかの制限を含む場合がある一方で、本発明は、当業者により理解することができる、係る実施の形態を良好に超える適用性を有する。したがって、本発明の範囲は、上述した実施の形態の説明ではなく特許請求の範囲により定義される。

１０２：反射光
１０４：フィルタ
１０６：二色性ミラー
１０８，１１０，１１２：ＬＣＯＳマイクロデバイス
１１４：フルカラー画像
１１６：投影レンズ
１１８：スクリーン
３０２：反射光
３０４：フィルタ
３０６：反射手段
３１０：ＬＣＯＳマイクロデバイス
３１４：フルカラー画像
３１６：投影レンズ
３１８：スクリーン

Claims (15)

1. ３つのタイプのカラーフィルタによりそれぞれカバーされる３つの画素をそれぞれ含むグループピクセルのアレイを含むＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）マイクロデバイスと、
   白色光を受け、前記白色光を前記ＬＣＯＳマイクロデバイスに投影する光エンジンとを有し、
   前記ＬＣＯＳマイクロデバイスは、投影された白色光から画像を反射し、
   前記光エンジンは前記画像をディスプレイスクリーンに投影する、
   ことを特徴とするＬＣＯＳシステム。
2. 前記３つのタイプのカラーフィルタからの色は原色である、
   請求項１記載のＬＣＯＳシステム。
3. 前記原色は、赤、緑及び青である、
   請求項２記載のＬＣＯＳシステム。
4. 前記画素のサイズは、前記グループピクセルのうちの１つのサイズにより制限される、
   請求項１記載のＬＣＯＳシステム。
5. 前記３つの画素は、予め定義されたパターンに従って反復的に配置される、
   請求項２記載のＬＣＯＳシステム。
6. ２つの隣接する行又は列における２つのタイプの画素は、前記画素のうちの１つの半分だけずれている、
   請求項３記載のＬＣＯＳシステム。
7. １つの画素のタイプを駆動するためにそれぞれ指定される少なくとも３つのバッファを含むビデオコントローラを更に含む、
   請求項１記載のＬＣＯＳシステム。
8. 前記ビデオコントローラは、３つの別々の色の画像データを、１を超える頻度で、対応する３つのタイプの画素を駆動するために制御される３つのバッファに記憶する、
   請求項７記載のＬＣＯＳシステム。
9. 前記画像は、１を超える頻度でディスプレイスクリーンに投影され、結果として、前記画像は知覚可能に明るく見える、
   請求項８記載のＬＣＯＳシステム。
10. 前記白色光は、フィルタを通して光源により生成される、
    請求項１記載のＬＣＯＳシステム。
11. グループピクセルのアレイを含むＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）マイクロデバイスと、それぞれのグループピクセルは、少なくとも３つのタイプのカラーフィルタによりそれぞれカバーされ、少なくとも２つのカラー画素となる少なくとも３つの画素を含み、前記グループピクセルのうちの１つにおける３つのカラー画素のうちの１つは、前記グループピクセルのうちの隣接する１つにおける前記３つのカラー画素のうちの１つであり、
    白色光を受け、前記白色光を前記ＬＣＯＳマイクロデバイスに投影する光エンジンとを有し、
    前記ＬＣＯＳマイクロデバイスは、投影された白色光から画像を反射し、
    前記光エンジンは、前記画像をディスプレイスクリーンに投影する、
    ことを特徴とするＬＣＯＳシステム。
12. ３つのタイプのカラーフィルタを含むフィルタレイヤを更に有し、
    前記３つのタイプのカラーフィルタは、前記カラーフィルタの１つのタイプが３つの個別の列又は行のうちの１つにあるように配置される、
    請求項１１記載のＬＣＯＳシステム。
13. 前記３つの個別の列又は行のうちの１つの列又は行における前記カラーフィルタの１つのタイプは、カラーフィルタのサイズの半分の実質的に近いオフセットだけ、前記３つの個別の列又は行のうちの隣接する１つの列又は行における前記カラーフィルタの別のタイプの隣にある、
    請求項１２記載のＬＣＯＳシステム。
14. 前記ＬＣＯＳマイクロデバイスの解像度は、前記オフセットがゼロである構成に比較して２倍である、
    請求項１３記載のＬＣＯＳシステム。
15. 前記フィルタレイヤは、特定のサイズの要件に従って切り取られるために十分にフレキシブルである、
    請求項１３記載のＬＣＯＳシステム。

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