JP2012518817A - 空間的に可変なバックライトをもつ薄型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

ディスプレイが制御入力をもつ光源層を有する。制御入力は、光源層を制御して、制御入力によって決定される仕方で光出力が位置とともになめらかに変化するよう発光させる。光源層からの光を、LCDパネルまたは他の空間光変調器が変調する。光源層は薄くてもよい。

Description

〈関連出願への相互参照〉
本願は、2009年4月15日に出願された米国仮特許出願第61/169,714号の優先権を主張するものであり、該出願の内容はここにその全体において参照によって組み込まれる。

〈技術分野〉
本発明は、概括的にはディスプレイに関する。ディスプレイのいくつかの限定しない例は、テレビ、家庭シネマ・ディスプレイ、コンピュータ・ディスプレイ、商業ディスプレイ、スタジアムのディスプレイ、電子ビルボードなどである。本発明は、空間的に可変なバックライトをもつ型のディスプレイおよびそのようなディスプレイ用に好適なバックライトに関する。

いくつかのディスプレイは、バックライトに照らされた、LCDパネルのような空間光変調器（spatial light modulator）を有する。バックライトからの光が、光を空間的に変調する空間光変調器と相互作用して、見る者に像を呈示する。画像は、たとえば静止画像またはビデオ画像であってもよい。いくつかのそのようなディスプレイでは、バックライトは、別個に制御可能な異なる領域をもち、それにより該バックライトによって放出される光の強度が空間光変調器上で所望される仕方で変化させられることができる。これは改善された画像を与えることができる。空間的に可変なバックライトをもつディスプレイの例は特許文献１ないし４に記載されている。

国際公開WO02/069030 国際公開WO03/077013 国際公開WO2006/010244 国際公開WO2008/092276

従来技術の欠点を軽減または解消する。

本発明は一連の側面をもつ。いくつかの異なる側面は以下のものを提供する。
・たとえばコンピュータ・ディスプレイ、テレビ、ビデオ・モニタ、家庭シネマ・ディスプレイ、商業ディスプレイ、産業用ディスプレイ、電子ビルボードなどであってもよいディスプレイ；
・ディスプレイにおいて使用可能なバックライト；
・ディスプレイのためのコントローラ；
・バックライトおよびディスプレイを動作させる方法。

上記の例示的な側面および実施形態に加え、さらなる側面および実施形態は図面を参照し、以下の詳細な説明を吟味することによって明白となるであろう。

付属の図面は本発明の限定しない例示的な実施形態を示す。

空間的に可変なバックライトをもつ従来技術のディスプレイの部分断面図である。 Ａは、図１のようなディスプレイにおける光源の、重なり合う点拡がり関数を示す図であり、Ｂはより明るい領域とより暗い領域の間の境界近くでのディスプレイにおける個々の光源からの光の分布を示す図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくディスプレイの概略的な部分断面図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくディスプレイのためのコントローラのブロック図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくバックライトを示す図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくバックライトを示す図である。 制御値の間の補間を与える回路によって個々の領域が駆動されるバックライトの一部分を概略的に示す図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくバックライトを示す図である。図の下のＡは、図の上の6A-6Aの線における部分断面図である。 本発明のある例示的な実施形態に基づくバックライトにおける電気ネットワークを概略的に示す図である。 ＡおよびＢは、さまざまな制御入力について光放出器に沿う位置に対する電場の変化を示す図である。 制御点に対応する位置において最も濃い吸収層をもつ、本発明のある例示的な実施形態に基づくバックライトの概略図である。 ある例示的な実施形態に基づくカラー・ディスプレイの概略図である。 図１０のディスプレイの光源の部分１０Ａの拡大概略図である。 もう一つの実施形態に基づくディスプレイの概略図である。

以下の記述を通じて、より十全な理解を当業者に与えるために個別的な詳細が述べられる。しかしながら、よく知られた要素は、開示を無用に埋没させることを避けるため、詳細に図示したり説明したりはしなかったことがある。よって、以下の記述および図面は制約する意味ではなく、例示的な意味に解されるべきである。

図１は、従来技術に基づくディスプレイ１０を示している。ディスプレイ１０は、空間光変調器１４を照明するバックライト１２を有する。空間光変調器１４は、入射する光のうちの可変量を閲覧領域に通すよう制御されることのできるピクセル１５のアレイを有する。図示したディスプレイでは、空間光変調器は透過型である。空間光変調器１４はたとえばLCDパネルである。

バックライト１２は複数の個々に制御可能なバックライト発光器１６を有する。各発光器１６は、オンのとき、立体角１７内に光を放出し、したがって、空間光変調器１４のある領域を照明する。異なる個々に制御される発光器１６からの光は空間光変調器１４上で重なり合う。

目に見えるアーチファクトを避けるためには、空間光変調器１４の照明が場所から場所へとなめらかに変化することが一般に望ましい。図１に示したディスプレイでは、これは、異なる近隣どうしの発光要素１６からの光が空間光変調器１４で重なり合うことを保証することによって達成される。これは今度は発光要素１６と空間光変調器１４との間に間隔Dを設けることによって達成される。

コントローラ１８は、発光要素１６によって放出される光の強度を、また空間光変調器１４のピクセル１５の透過率を、入力１９において受け取られる画像データに応じて制御する。

図２のＡは、図１のディスプレイの個々の発光要素１６の点拡がり関数２０ならびに隣接する発光要素１６についての点拡がり関数２０Ａおよび２０Ｂを示している。点拡がり関数は空間光変調器１４を横切ってなめらかに変化する。曲線２１は、これらの点拡がり関数の和を位置の関数として示している。曲線２１はまた、発光器１６のすべてが等しい強度の光を放出するよう駆動される場合についての、空間光変調器の位置に対する光強度の変化をも示している。曲線２１は、発光器１６の間の間隔、発光器１６の点拡散関数および距離Dの適切な選択によって、きわめて一様にされうる。

図２のＢは、位置x₁ないしx₄にある四つの発光器１６が異なる強度レベルで駆動される状況を示している。曲線２０−１ないし２０−４は、各発光器によって放出される光の量を、空間光変調器１４上の位置の関数として示している。曲線２２は空間光変調器１４上の発光器１６によって放出された光の和である。発光器１６によって放出される光の強度を適切に制御することによって、空間光変調器１４を照明する光の強度が、空間光変調器１４上の点から点へとかなりなめらかに変化するようにできることが見て取れる。

ディスプレイ１０の欠点は、発光器１６からの、空間光変調器１４上の光の最適分布のために必要とされる距離Dが大きくなることがあり、ディスプレイが普通なら望まれるであろうより厚くなってしまうことがあるということである。

図３は、光源層３２と制御可能なピクセル１５をもつ透過型空間光変調器１４との間の距離dがかなり小さくなりうる、本発明のある例示的な実施形態に基づくディスプレイ３０を示している。いくつかの実施形態では、光源層３２は空間光変調器１４に直接接していてもよいし、空間光変調器１４に統合されていてもよい。ディスプレイ３０はコントローラ３４を有し、該コントローラ３４は、空間光変調器１４の領域にわたって空間的に変化する強度をもつ光を放出するよう、光源層３２を制御する制御信号３５を生成する。コントローラ３４はまた、空間光変調器１４のピクセル１５を制御する制御信号３６をも生成する。コントローラ３４は、入力３７において画像データを受け取り、該画像データに基づいて、閲覧者Vが画像データに応じた画像を見るよう、制御信号３５および３６を生成する。

図４は、図３のディスプレイにおいて使用されうるコントローラ３４の機能的なブロック図である。コントローラ３４のコンポーネントは次のうちの一つまたは複数の有していてもよい。
・一つまたは複数のデータ・プロセッサ（これはたとえば、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサまたはグラフィクス・プロセッサを含んでいてもよく、該データ・プロセッサに以下に記載するように動作させるソフトウェアまたはファームウェア命令を実行する）；
・結線論理回路（これはたとえば、一つまたは複数の特定用途向け集積回路（ASIC）において提供されてもよい）；
・以下に記載するような出力を与える信号処理経路を提供するよう構成されたフィールド・プログラム可能ゲート・アレイ（FPGA）のような構成設定可能な論理ハードウェア；
・など。

画像プロセッサ４０は、入力３７から画像データを受け取り、光源層３２に強度の所望の空間変動をもつ光を生成させるよう光源ドライバ回路４２を制御する信号４１を生成する。駆動信号４１は、駆動信号４１に応答して光源層３２によって生成されるであろう光の場の推定４７を生成する光の場推定器４４にも供給される。光の場推定器４４は、部分的には光源応答特性４５に基づいて光の場の推定４７を生成する。光源応答特性４５はたとえば、光の場推定器４４にとってアクセス可能なデータ記憶にある関数またはパラメータを含んでいてもよい。光の場の推定４７は、所与の信号の組４１について、光の強度を光源層３２上の位置の関数として示す二次元マップを含んでいてもよい。

いくつかの実施形態では、画像プロセッサ４０は、信号４１を、画像データの低解像度バージョンを生成するプロセスによって導出する。これは、たとえば、低域通過フィルタ処理；ダウンサンプリング；および／または画像データにおいて指定されているピクセル値の局所的な重み付き平均を取ることのうちの一つまたは複数に関わるプロセスによってなされてもよい。画像データの低解像度バージョンは、スケーリング関数を通されて、信号４１を生成する。有利には、光源層３２に信号４１を適用すると、空間光変調器１４の全ピクセルにおいて、画像データによってそのピクセルのために要求されるよりも若干強い光が放出される。すると、空間光変調器１４のピクセルを操作してその光を減衰させて、画像データによって指定される各ピクセルにおける強度をもつようにできる。

いくつかの実施形態では、光の場の推定は、制御信号４１に対応すると推定される制御入力に基づいて、光源層３２上の諸位置に対応する電位を推定し、光源層３２の各領域についての光出力を印加される電位（または電場）に関係付ける関数に基づいて、光源層３２上の前記諸位置についての光出力を生成することを含む。これらのステップは、変調器１４の解像度より低い解像度で実行されてもよい。光源層３２と変調器１４との間に光源層３２から放出される光に影響する光学経路があれば、光の場の推定は、点拡がり関数または前記光学経路の上で決定された光出力に対する効果の他のモデルを適用することを含んでいてもよい。

計算ユニット４８は、画像データおよび推定された光の場４７を受け取り、変調ドライバ回路５０を通じてピクセル１５による光の透過を制御する駆動値４９を生成する。いくつかの実施形態では、計算ユニット４８が行う計算は、ある特定の位置について画像データによって表される強度値を、その位置に対応する推定された光の場の値によって除算することを含む。変調器ドライバ回路および／または空間光変調器１４の、駆動信号４９への応答を考慮に入れるよう、補正が適用されてもよい。

有利には、光源層３２は、空間光変調器１４よりも著しく少ない制御入力を有していてもよい。空間光変調器１４では、各ピクセル１５は個々にアドレッシング可能であることができる。光源層３２はより粗い解像度で制御可能である。しかしながら、光源層３２は、その光出力が所望されるなめらかさをもって変化するよう構築される。

いくつかの実施形態では、このなめらかさは式

によって表される。ここで、lは光の強度；L_aおよびL_bは光源層３２上の二つの隣り合う制御点における光の強度；x_aおよびx_bはそれらの制御点の位置である。差|x_a−x_b|は光源層３２が制御される解像度に等しい。ξは1.0ないし1.5の範囲内の値をもつパラメータである。

図５Ａおよび５Ｂは、光源層３２についての二つの例示的な構成を示している。図５Ａに示される光源層６０は、光学的に透明な前面電極６３と背面電極構造６４の間に位置される光生成層６２をもつ。光生成層６２は、光生成層６２の両側にかかる電場によって決定される強度をもつ光を発する。電極構造６４は、好適な伝導体６６によって駆動回路に接続されたいくつかの制御点６５を有する。駆動回路（図示した実施形態ではC1、C2、C3と示されている）は、種々の制御点６５に加えられる電位を制御できる。いくつかの実施形態では、駆動回路によって印加される電位は比較的低く、たとえば15ボルト以下である。他の実施形態では、より高い電圧が印加されてもよい。

制御点６５が点状であることは必須ではない。いくつかの実施形態では、制御点６５は電気伝導性のパッドを含む。パッドは、実施形態によっては、空間光変調器のピクセルに比べて相対的に大きい。パッドは丸くてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。パッドは丸まった角〔コーナー〕を有していてもよい。

光源層６０はたとえば、有機発光ダイオード（OLED）層、蛍光体（phosphor）でコーティングされたまたは蛍光体を組み込んでいる基板、白色の電界放出ディスプレイ（FED: Field Emissive Display）層、蛍光体でコーティングされたプレート、電気蛍光（electrofluorescent）材料などを含んでいてもよい。一般に、光源層６０においていかなる電気発光（electro-luminescent）技術が適用されてもよい。これらの技術は、電気エネルギーを光子（光）放出に変換するという共通の原理に基づいて動作する。光放出の大きさは、薄層材料の両側の間に加えられる電場（および対応する電流）の強さにほぼ比例することができる。

電位分配材料６７の層が制御点６５に接触しており、制御点６５どうしの間に延在する。電位分配材料は、電気伝導性だが、該電位分配材料中の経路に沿って制御点どうしの間を動くにつれて電位がなめらかに変化するよう、電気抵抗をもつ材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、電位分配材料６７は弱い電気伝導体、たとえば好適な伝導性ポリマーまたは他の抵抗性フィルムであってもよい。

電位分配材料６７の層の電気伝導度は、光源層６０を作動させるのに必要とされる電流（もしあれば）の量に依存して選ばれてもよい。光源層６０が低いまたは非常に低い電流しか引き出さない場合には、電位分配材料６７は、たとえばほとんど絶縁性の誘電材料を含んでいてもよい（より大きな電気伝導性をもつ材料も使用できるが）。光源層６０がより大きな量の電流を引き出す型である場合（たとえばOLEDの層のような強い放出層）、電位分配材料６７は有利には若干、より大きな電気伝導性をもつ。いくつかの実施形態では、電位分配材料は10¹²Ω/sq以下のシート抵抗を有していてもよい。いくつかの実施形態では、電位分配材料は10⁷Ω/sq以下のシート抵抗を有する。いくつかの実施形態では、電位分配材料は10²または10³ないし10⁷Ω/sqの範囲のシート抵抗を有する。

制御回路によって制御点６５のすべてが同じ電位に維持される場合、光生成層６２のすべての位置で両側の間の電場はかなり一様になり、その結果、光源層６０によって放出される光は空間的にかなり一様である。

他方、制御点６５のうちの異なるものが異なる電位に維持されるならば、電位は電極構造６４上の場所によって変わる。電位分配材料６７の存在のため、この電位の変化は、一般に、なめらかである。したがって、発光層６０によって放出される光の強度は、位置によってなめらかな仕方で変化し、光強度の全体的な変化は、諸制御点６５に印加される電位の組み合わせによって決定される。

制御点６５はたとえば、グリッド、六方または三角アレイ、長方形アレイなどといった、規則的なアレイ状に配列されてもよい。制御点が一様な空間密度を有することや、すべての隣接制御点が互いに等距離であることは必要ではない。

好ましくは、電位分配層６７はそこそこ高い電気抵抗率を有し、よって、異なる制御点６５が異なる電位に維持されるとき、電位分配層６７を通じて制御点６５のうち異なるものの間に流れる電流はかなり小さく、電位分配層６７または光生成層６２の過熱を引き起こすほど有意な量のエネルギーを散逸しない。

いくつかの実施形態に基づくディスプレイでは、50ないし5000個の範囲の制御点がある。いくつかの実施形態では、制御点対ピクセルの比は、1:200ないし1:40,000の範囲である。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、100万以上のピクセルを有するのに対し、制御点の数は数千以下である。

図５Ｂは、代替的な実施形態に基づく光源層７０を示している。光源層７０は、ピクセル７３のアレイに分割された光生成層７２を有している。各ピクセル７３は、透明な前面電極７４と制御電極７５との間の電場によって決定される強度をもつ光を生成する。図示した実施形態では、透明な前面電極７４はすべてのピクセルに共通である。これは必須ではない。この実施形態では、制御電極７５はそれぞれ個別に制御されるのではない。そうではなく、制御電極７５のそれぞれの電位は、抵抗器網７６の対応するノードにおける電位によって決定される。駆動回路（図示した実施形態ではC1、C2によって示される）は抵抗器網７６の全部ではないいくつかのノードに接続される。そのような制御ノードにおける電位は、駆動回路によって印加される駆動信号によって決定される。他のノード上の電位は、抵抗器網７６内のさまざまな抵抗器７７を通じた電位降下によって決定される。抵抗器７７は離散的なコンポーネントである必要はない。抵抗器７７は、たとえば任意の好適なパターニング技法によって基板中または基板上に作成されてよい。図５Ａおよび５Ｂに示される照明層６０および７０が、比較的少数の制御入力を用いて光の強度が発光層上の位置とともに変化するように光を発するよう制御できることは理解できるであろう。

いくつかの実施形態では、発光層は能動電子回路を組み込んでいる。たとえば、図５Ｃは、発光層７８が小型の、密な間隔の光源７８Ａのアレイを有する実施形態を示している。光源７８Ａはたとえば、発光ダイオードまたは有機発光ダイオード（OLED）などといった発光半導体接合を有していてもよい。光源７８Ａの全部ではない一部は独立して制御可能である。残りの光源の駆動値は、補間回路７９によって制御可能な光源の駆動値から補間される。たとえば、図示した実施形態は、四つの角に制御点（C_1,1、C_10,1、C_1,10、C_10,10）をもつ光源の10×10のアレイを示している。制御点C_1,1、C_10,1、C_1,10、C_10,10における駆動値は独立して制御可能である。アレイ内の他の光源のそれぞれの駆動値は、図５Ｃにおいて単一の光源７８Ａについて示されるように、補間回路７９によって決定される。図示した補間回路７９は制御点C_1,1、C_10,1、C_1,10、C_10,10の駆動値を入力として取り、対応する光源７８Ａについての駆動値を出力する。特定の補間回路７９の出力は、各入力制御値での駆動値に対応する固定パラメータを乗算することによって決定される。それらのパラメータは入力制御点と所与の光源との間の相対距離に比例する。補間回路７９のパラメータは、異なる光源については異なるように設定されてもよい。制御点に好適な制御信号が加えられるとき、個々の発光ダイオードは、発光器のアレイ上でなめらかに変化する光を放出する。

図６は、もう一つの実施形態に基づく発光層８０を示している。発光層８０は、その背面８１Ａ上に電気伝導性パッド８１のアレイを有する。図６の下部のＡに示されるように、各パッド８１は任意の好適な仕方で制御線８２に接続される。弱い電気伝導性の材料の層８３が制御点８１の上に加えられる。光生成材料８４Ａが、発光層８０の背面８１Ａと光学的に透明な前面電極８４Ｂとの間に位置される。光生成材料８４Ａは、光生成材料８４Ａの両側の間の電場によって決定される強度をもつ光を発する。発光層８０によって放出される光の強度は、パッド８１に加えられる電位に基づいてなめらかな仕方で位置によって変化する。

図７は、角のところに制御点をもつ抵抗器アレイ８５を示している。図示した実施形態では、制御点は、抵抗器アレイを5×5のノードのアレイに分割する。したがって、制御点はノードc_ij、c_i,j+5、c_i+5,j…などにある。各ノードにおける電位は、制御点に加えられる電位の関数である。種々のノードにおける電位は、発光層の対応する領域についての光出力を制御するために印加されてもよい。

図８のＡおよびＢは、ある例示的な実施形態に基づく、発光器からの光放出を示している。それぞれの場合において、制御点の位置はx₁、x₂およびx₃によって示されている。図８のＡは、制御点のそれぞれに等しい電位が加えられる状況を示している。発光層にわたる光放出を示す曲線９０が比較的一定であることが見て取れる。図８のＢは、制御点x₁に対して制御点x₂およびx₃よりも大きな電位が加えられる状況を示している。曲線９０によって示される光放出が、制御点x₁におけるより高いレベルから制御点x₂およびx₃における電位に対応するより低い値までなめらかに変化することが見て取れる。

いくつかの実施形態では、より明るい領域（たとえば制御点に対応する領域）で放出される光の強度を低下させ、それにより発光層の光出力が完全に一様に設定されることを許容するために、光学的吸収層が発光層３２の前面に加えられる。図９は、吸収層９４が、制御点９５におけるまたは制御点９５の近くの領域でより大きな光学密度をもつ（すなわちより多くの光を吸収する）例示的な実施形態を示している。吸収層９４の光学密度は、制御点からの距離とともに低下する。光学密度は、最も便利には、制御点９５からの距離とともになめらかに降下する。代替的な実施形態では、発光層からの既知の光放出が、発光層によって放出される光に基づいて空間光変調器のピクセルを適切に設定する画像処理において、補償される。

いくつかの実施形態では、光源層６２によって放出される光はモノクロームである。他の実施形態では、放出される光はより広い色範囲にまたがる。たとえば、放出される光は、広帯域の光または異なるスペクトルをもつ光の混合を含んでいてもよい。いくつかの個別的な例示的実施形態では、光源層６２は、白色光を放出する、または、白色光を与えるようフィルタ処理されることができる。白色光は、たとえば、以下によって生成されてもよい。
・光源層６２において広帯域の発光体の混合を設ける。広帯域の発光体は、たとえば、青および黄色の広帯域の蛍光体を含んでいてもよい。そのような蛍光体は一部の白色LEDにおいて使用されている。
・光源層６２において狭帯域の光源の混合を設ける。狭帯域の光源は、たとえば、赤、緑および青の光の光源を含んでいてもよい。
・それらの何らかの組み合わせ。
・など。

いくつかの実施形態では、二つ以上の光源層６２からの光が組み合わされて、空間光変調器１４の照明を与える。いくつかの実施形態では、異なる光源層６２が、スペクトル特性を有する光を与えるよう構築される。たとえば、カラー・ディスプレイは、赤、緑および青で発光する別個の光源層６２を有していてもよい。

図１０は、例示的な実施形態に基づくディスプレイ１００を示している。ディスプレイ１００は、第一、第二および第三の発光体１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃ（まとめて発光体１０４）を有するバックライトによって照明されるカラー空間光変調器１０２を有する。発光器１０４Ｂおよび１０４Ｃは発光器１０４Ａによって放出される光に対して本質的に透明である。発光器１０４Ｃは発光器１０４Ａおよび１０４Ｂによって放出される光に対して本質的に透明である。図１０Ａに示されるように、各発光体１０４は、共通電極１０９と制御層１１０との間に挟まれた発光層１０８を有していてもよい。制御層１１０は、放出される光の量を、比較的少数の制御入力に応答して場所から場所になめらかに制御可能に変化させることを許容する本稿に記載されるような実施形態に従って構築される。電極および制御層は、インジウム‐スズ酸化物のような、電気伝導性の光学的に透明な材料を含んでいてもよい。制御層の厚さおよびドーピングは、所望される抵抗率特性を与えるよう調整されてもよい。

図１０Ａに示される実施形態では、（この図で見られるような）上の二つの発光層１０８は一つの共通電極１０９を共有する。これは必須ではない。各発光層１０８が別個の共通電極１０９を有することもできる。

ディスプレイ１００では、各発光体１０４は別個に制御されてもよい。図示した実施形態では、三チャネル・コントローラ１１２がカラー画像を定義する画像データ１１５を受け取る。コントローラ１１２は、それぞれ発光体１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃのための駆動回路を制御する制御信号１０６Ａ、１０６Ｂおよび１０６Ｃの組を生成する。コントローラ１１２は、空間光変調器１０２のピクセルにおける各色の光の、結果として得られる量を推定する。この推定は、それぞれ発光体１０４Ａ、１０４Ｂおよび１０４Ｃの属性１０７Ａ、１０７Ｂおよび１０７Ｃに基づく。コントローラ１１２は、空間光変調器１０２のピクセルのための制御信号１１４を生成する。制御信号は、推定された光の量および画像データから生成される。代替的な実施形態では、異なる色の表示が時間多重化される（time multiplexed）。そのような実施形態では、空間光変調器１０２はモノクロームの空間光変調器であってもよい。

図１１は、別の例示的実施形態に基づくディスプレイ２００を示している。ディスプレイ２００は、画像データ２１２を受け取るまたは画像データ２１２にアクセスするコントローラ２１０を有する。コントローラ２１０は、画像データ２１２から、対応する複数の出力線２１５に印加される複数の第一の出力信号２１４を生成するよう構成されている。出力線２１５は、駆動信号２２２を担持できる複数の出力線２２０を有する回路２１７に入力として供給される。出力線２２０は、光源２２５の諸領域によって与えられる照明の強度を制御するよう接続される。回路２１７は、放出される光の強度が光源２２５の発光表面上にわたってなめらかに変化するような仕方で、光源２２５に光を発させるよう動作する。コントローラ２１０および回路２１７の組み合わせにより、画像データ２１２によって指定される画像のより明るい領域に対応する光源２２５の領域はより強い光を発し、一方、画像のより暗い領域に対応する光源２２５の領域はそれほど強くない光を発する。

コントローラ２２０はまた、空間光変調器２２９のための制御信号２２７をも生成する。制御信号２２７は、好適な駆動回路２３０を通じて空間光変調器２２９のピクセルを制御する。コントローラ２３０はたとえば、上述したコントローラ３４のような構成を有していてもよい。

電位分配層を有する実施形態では、電位分配層の抵抗率が一様であることは必須ではない。いくつかの実施形態では、電位分配層は、望ましい電場特性を生じるために、可変的にドーピングされたり、可変の厚さを有していたり、あるいは他の形で空間的に変化をつけられたりする。

比較的少数の制御点に基づいて光出力をなめらかに制御する一つの代替的な方法は、上述したように制御されるLCDのような光吸収体を設けることである。そのような実施形態では、LCDの異なる空間位置における光透過は、それらの位置における電位の関数である。

いくつかの例示的な側面および実施形態が上記で論じられているが、当業者は、その修正、入れ替え、追加およびサブコンビネーションを認識するであろう。したがって、付属の請求項は、真の精神および範囲内にはいるそのようなすべての修正、入れ替え、追加およびサブコンビネーションを含むものと解釈されることが意図されている。

Claims (68)

1. 発光層であって、該発光層に加えられる電位差に応じて光を放出するよう動作し、放出された光が前記電位差の大きさに依存する発光層；
   前記発光層の第一の面上にある、第一の電気伝導性電極を有する第一の電極構造；ならびに
   前記発光層の第二の面上にある、電気抵抗を有する電位分配材料の層と、前記発光層の前記第二の面上で離間した位置において前記電位分配材料の層と電気的に接触する制御点のアレイとを有する第二の電極構造を有する、
   光源。
2. 複数の独立に制御可能な出力を有する電源をもつ請求項１記載の光源であって、前記複数の出力はそれぞれ前記制御点のうちの対応するものに接続されている、光源。
3. 前記発光層が有機発光ダイオード（OLED）層を有する、請求項１記載の光源。
4. 前記発光層が電界放出ディスプレイ（FED）層を有する、請求項１記載の光源。
5. 前記発光層が蛍光体でコーティングされたプレートを有する、請求項１記載の光源。
6. 前記発光層が電気蛍光材料を有する、請求項１記載の光源。
7. 前記制御点が三角格子に配置されている、請求項１記載の光源。
8. 前記制御点が長方形格子に配置されている、請求項１記載の光源。
9. 前記制御点が非一様な空間密度をもつ、請求項１記載の光源。
10. 前記制御点が前記発光層の中央領域においてより密に集中しており、前記発光層の周縁領域ではそれほど密でない、請求項９記載の光源。
11. 前記第一の電極が放出される光に対して実質的に透明である、請求項１記載の光源。
12. 前記制御点が、前記電位分配層に接触している金属パッドを含む、請求項１記載の光源。
13. 前記電位分配層がドーピングされた半導体を含む、請求項１記載の光源。
14. 前記電位分配層が、前記電位分配層上の位置とともに変化する電気抵抗率を有する、請求項１記載の光源。
15. 前記制御点に対応する位置において前記発光層の前記第一の表面上に光学吸収スポットを有する、請求項１記載の光源。
16. 前記光学吸収スポットは、前記制御点からの距離とともに降下する光学濃度をもつ、請求項１５記載の光源。
17. 前記発光層が白色光を放出するよう動作可能である、請求項１記載の光源。
18. 発光層であって、該発光層に加えられる電位差に応じて光を放出するよう動作する発光層と；
    複数の制御入力であって、各制御入力は前記発光層上の対応する位置における電位差を制御するよう接続された制御入力と；
    前記複数の制御入力に対応する位置の間にある前記発光層上の諸位置において、なめらかに空間的に変化する電位差を加える制御分配手段とを有する、
    光源。
19. 前記制御分配手段が電位分配材料の層を有する、請求項１８記載の光源。
20. 前記制御分配手段が抵抗器網を含む、請求項１８記載の光源。
21. 前記制御分配手段が複数の補間回路を含む、請求項１８記載の光源。
22. 複数の制御入力を有する光源と；
    前記光源によって照明される空間光変調器とを有するディスプレイであって、
    前記複数の制御入力は前記光源上の複数のスポットに対応し、
    前記空間光変調器は、それぞれが前記光源の異なる領域によって照明される複数のピクセルを有し、
    前記光源の前記異なる領域のそれぞれによって与えられる照明は、前記スポットの位置に対する前記領域の位置と、前記制御入力に加えられる信号との関数である、
    ディスプレイ。
23. 前記スポットが長方形状アレイに配列されている、請求項２２記載のディスプレイ。
24. 前記長方形状アレイが正方形状アレイである、請求項２３記載のディスプレイ。
25. 前記光源が前記空間光変調器と同じ拡がりをもつ、請求項２２記載のディスプレイ。
26. 前記光源が前記空間光変調器と平行に延在する、請求項２５記載のディスプレイ。
27. 前記光源および前記空間光変調器がいずれも実質的に平面状である、請求項２６記載のディスプレイ。
28. 前記光源および前記空間光変調器がいずれも曲がっている、請求項２６記載のディスプレイ。
29. 前記光源が前記空間光変調器の背面に接触している、請求項２６記載のディスプレイ。
30. 前記空間光変調器が透過型の空間光変調器である、請求項２２記載のディスプレイ。
31. 前記空間光変調器が液晶パネルを含む、請求項３０記載のディスプレイ。
32. 前記光源の前記制御入力に第一の組の信号を加え、前記空間光変調器の制御ピクセルに第二の組の信号を加えるよう動作するコントローラを有する、請求項２２記載のディスプレイ。
33. 前記コントローラが、画像データに基づいて前記第一および第二の組の信号のそれぞれを生成するよう構成されている、請求項３２記載のディスプレイ。
34. 前記コントローラが、前記画像データを低域通過フィルタ処理することおよびダウンサンプリングすることのうちの少なくとも一つを含むアルゴリズムによって前記第一の組の信号を生成するよう構成されている、請求項３３記載のディスプレイ。
35. 前記コントローラが：
    前記画像データから前記第一の組の信号を生成する手段と；
    前記領域のそれぞれにおける前記光源の光出力を推定する手段と；
    前記画像データおよび推定された光出力から前記第二の組の信号を生成する手段とを有する、
    請求項３３記載のディスプレイ。
36. 前記コントローラが：
    前記画像データを受け取り、前記画像データに基づいて前記第一の組の信号を生成するよう接続された画像プロセッサと；
    前記第一の組の信号を受け取って、前記第一の組の信号に応答して前記光源層によって生成されるであろう光の場の推定を生成するよう接続された光の場推定器と；
    前記画像データおよび前記推定された光の場を受け取って、前記画像データおよび前記推定された光の場に基づいて前記第二の組の信号を生成するよう接続された計算ユニットとを有する、
    請求項３３記載のディスプレイ。
37. 前記推定された光の場が、前記光源上の位置の関数として光の強度を示す二次元マップを有する、請求項３６記載のディスプレイ。
38. 前記計算ユニットが、特定のピクセルについて前記画像データによって表される強度値を、前記ピクセルに対応する前記光源の領域に対応する推定された光の場の値によって除算することを含む計算を実行する、請求項３６記載のディスプレイ。
39. 前記光の場推定器が：
    前記第一の組の信号に基づいて、前記光源上の位置の関数として電位を決定し；
    光出力を印加される電位に関係付ける関数に基づいて、前記光源上の諸位置についての光出力を推定するよう動作する、
    請求項３６記載のディスプレイ。
40. 前記光源によって与えられる照明が、式
    

    

    によって与えられる仕方でなめらかに変化し、ここで、lは光の強度；xは位置の尺度、L_aおよびL_bは前記光源上の二つの隣り合う制御点における光の強度；x_aおよびx_bはそれらの制御点の位置、ξは1ないし1.5の範囲内の値をもつパラメータである、
    請求項３６記載のディスプレイ。
41. 請求項２２記載のディスプレイであって、前記光源がそれぞれ前記空間光変調器と同じ拡がりをもつ複数の発光層を有し、前記発光層のうちの第一のものと前記空間光変調器との間に前記発光層のうちの第二のものがある、ディスプレイ。
42. 前記第一および第二の発光層が相異なるスペクトル特性をもつ光を放出するよう動作でき、前記第二の発光層が、前記第一の発光層のスペクトル特性に含まれる少なくともいくつかの波長の光に対して透明である、請求項４１記載のディスプレイ。
43. 前記空間光変調器がカラー空間光変調器を含む、請求項４２記載のディスプレイ。
44. 前記空間光変調器がRGB LCDパネルを含む、請求項４３記載のディスプレイ。
45. 前記空間光変調器の前面と前記光源の背面の間で測られる厚さが2cm以下である、請求項２２記載のディスプレイ。
46. 前記光源が50ないし5000個の制御入力をもつ、請求項２２記載のディスプレイ。
47. 前記光源の制御スポットの、前記空間光変調器のピクセルに対する比が1:200ないし1:40,000である、請求項２２記載のディスプレイ。
48. 前記空間光変調器が100万個以上のピクセルを有し、前記制御スポットの数が1万以下である、請求項２２記載のディスプレイ。
49. 印加された電場に応答して光を放出する材料の二次元に延在する層を有する光源であって、前記光源上の複数の離間した位置に対して一つまたは複数の電源が個々に制御可能な電位を送達するよう動作でき、前記離間した位置のうちの二つの隣り合う位置の間の経路上での前記光源上の諸位置における電位が該経路に沿った位置とともになめらかに変化するよう、非絶縁材料が前記位置の間に延在する、光源と；
    前記光源によって照明される、複数のピクセルを有する空間光変調器とを有するディスプレイであって、
    各ピクセルは前記光源の異なる領域によって照明される、
    ディスプレイ。
50. 印加された電場に応答して光を放出する材料の、実質的に連続的な二次元的に延在する層と；
    前記層に、前記層上の位置とともになめらかに変化する大きさをもつ電場を印加する手段と；
    ピクセルのアレイを有する空間光変調器とを有するディスプレイであって、
    前記層は前記空間光変調器に平行であり、前記空間光変調器に対して整列された関係にある、ディスプレイ。
51. 画像データによって指定される画像を表示する方法であって：
    前記画像データに基づいて、光源の複数の離間された制御点に加えられるべき第一の制御信号を生成する段階と；
    前記制御点における諸位置および前記制御点の間の諸位置における前記光源の光出力を推定する段階と；
    前記推定された光出力および前記画像データに基づいて、空間光変調器のピクセルのための制御信号を生成する段階と；
    前記第一の制御信号を前記光源に加え、それにより前記光源に、前記制御点および該制御点の間において光を放出させ、前記空間光変調器のピクセルを制御するために前記第二の制御信号を加える段階とを含む、
    方法。
52. 前記光源の光出力を推定する段階が、前記第一の制御信号の印加から帰結する前記光源上の電位分布をモデル化し、前記光源の二次元マップの諸点における推定された光出力を、前記諸点に対応する電位の関数として確立することを含む、請求項５１記載の方法。
53. 光源の二次元表面上でなめらかに変化する照明を生成する方法であって：
    印加された電場に応答して光を放出する材料の、実質的に連続的な二次元的に延在する層を提供する段階と；
    前記層に、前記層上の位置とともになめらかに変化する大きさをもつ電場を印加する段階とを含む、
    方法。
54. 位置とともになめらかに変化する強度をもつ光を生成する方法であって：
    ある点での制御信号の印加に応答してその点で光を放出する型の発光材料を提供する段階と；
    前記発光材料上の第一の組の点のうちの対応する点にそれぞれ関連付けられている第一の複数の制御信号を生成する段階と；
    前記第一の複数の制御信号のそれぞれを、前記発光材料上の前記対応する第一の点に加える段階と；
    前記第一の複数の制御信号をアナログ回路への入力として接続することによって、前記発光材料上の対応する第二の点に関連付けられている第二の組の制御信号を生成する段階であって、前記第二の諸点は前記第一の組の点を含まない、段階と、前記第二の複数の制御信号のそれぞれを、前記発光材料上の対応する第二の点に加える段階とを含む、
    方法。
55. 前記アナログ回路が電圧分配器を有する、請求項５４記載の方法。
56. 前記アナログ回路が抵抗器網を有する、請求項５４記載の方法。
57. 前記アナログ回路が二次元の電気抵抗性の連続体である、請求項５４記載の方法。
58. 前記アナログ回路が補間回路のアレイを有する、請求項５４記載の方法。
59. 前記アナログ回路が電気抵抗性材料の連続的な層を有する、請求項５４記載の方法。
60. 前記電気抵抗性材料が10¹²Ω/sq以下のシート抵抗を有する、請求項５９記載の方法。
61. 前記電気抵抗性材料が10²ないし10⁷Ω/sqの範囲のシート抵抗を有する、請求項５９記載の方法。
62. 前記第一の組の点に含まれる点が、前記発光材料上で規則的なアレイ状に配置されている、請求項５４記載の方法。
63. 前記第二の複数の点が、前記第一の複数の点に含まれる点を囲む連続領域をなす、請求項５４記載の方法。
64. 位置とともになめらかに変化する強度をもつ光を生成する光源であって：
    ある点での制御信号の印加に応答してその点で光を放出するよう動作する、二次元に延在する発光材料の層と；
    複数の第一の制御入力であって、各制御入力は、前記発光材料上の第一の組の点のうちの対応する点において制御信号を加えるよう電気的に接続されている、制御入力と；
    前記第一の制御出力に接続された入力と、前記発光材料上の対応する第二の諸点において制御信号を送達するよう電気的に接続された出力とをもつアナログ回路とを有し、前記第二の諸点は前記第一の組の点を含まない、
    光源。
65. 表示されるべき一つまたは複数の画像を定義する画像データの源と；
    前記画像データを処理して、二次元光源上の離間した第一の諸位置に対応する第一の駆動信号を得るよう構成された論理ユニットと；
    前記第一の駆動信号を入力として受け取るよう接続され、前記第一の諸位置外の前記光源上の第二の諸位置に対応する第二の駆動信号を生成するよう動作するアナログ回路と；
    前記第一および第二の駆動信号によって制御されるよう接続された前記光源と；
    前記光源によって放出される光によって照明されるよう配置された、ピクセルのアレイを有する空間光変調器とを有する、
    ディスプレイ。
66. 表示されるべき一つまたは複数の画像を定義する画像データの源と；
    前記画像データを処理して、二次元光源上の離間した第一の諸位置における所望される光強度に対応する第一の信号を得るよう構成された論理ユニットと；
    前記第一の信号を入力として受け取るよう接続され、複数の駆動信号を生成するよう動作するアナログ回路であって、前記駆動信号の数は前記第一の信号の数より多い、アナログ回路と；
    少なくとも部分的には前記駆動信号によって制御されるよう接続された前記光源と；
    前記光源によって放出される光によって照明されるよう配置された、ピクセルのアレイを有する空間光変調器とを有する、
    ディスプレイ。
67. 本願明細書に記載されるまたは図面に描かれる任意の新規かつ発明的なステップ、動作、ステップおよび／または動作の組み合わせまたはステップおよび／または動作のサブコンビネーションを含む方法。
68. 本願明細書に記載されるまたは図面に描かれる任意の新規かつ発明的な特徴、特徴の組み合わせまたは特徴のサブコンビネーションを含む装置。

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