JP2017534917A - 制御可能な視野角を有するディスプレイ用のサブピクセル - Google Patents

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Abstract

第１の放射ビーム角度を有する第１の発光デバイスと、第１の放射ビーム角度とは異なる第２の放射ビーム角度を有する第２の発光デバイスとを備えるＬＥＤディスプレイ用のサブピクセル。複数のサブピクセルを用いたディスプレイについても記載されている。

Description

本発明は、ディスプレイおよび光学ディスプレイデバイス用のピクセルおよびサブピクセルに関する。
ＩＬＥＤ（無機発光ダイオード）ディスプレイと呼称されるディスプレイ技術のカテゴリは、よく知られているＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイの代替となるものである。ＩＬＥＤディスプレイの表示サブピクセルがＩＬＥＤ光源に基づいているとともに、このクラスのデバイスのすべての利点を有しているため、ＩＬＥＤディスプレイは、ＬＣＤまたはＯＬＥＤディスプレイのマイナスの品質の多くを有していない。これは、ＯＬＥＤ直視型ディスプレイよりも優れたパフォーマンス特性を有するとともに、ＩＬＥＤ技術に固有の堅牢性、長寿命、および安定性を有するディスプレイをもたらすこととなる。
ＩＬＥＤデバイスは、いくつかの方法により制御及び駆動され得る。駆動方式の一例は、薄膜技術（ＴＦＴ）を組み込んだアクティブマトリクス上にデバイスを搭載することを含む。ＴＦＴは、金属酸化物およびアモルファスシリコンベースのトランジスタを含む。このアクティブマトリクスは、バックプレーンとしても知られている。ＩＬＥＤデバイスは電流駆動型であり、かつＯＬＥＤ型のＴＦＴドライバと互換性がある。他の方法には、パッシブマトリクスドライバを使用すること、またはモノリシック駆動回路を伴う光源のパッケージングが含まれる。
現在の最新技術は、単一の表示ピクセルを形成するためにＲ、Ｇ及びＢの表示サブピクセルのアレイを含む。ＩＬＥＤディスプレイに関する典型的な構成においては、Ｒ、Ｇ及びＢチップは、ディスプレイの各ピクセルに対して必要な光を提供するために一体にパッキングされる。この例では、各Ｒ、Ｇ及びＢのチップは、１つのチップ当たり１つの発光領域を有するか、または、より一般的には、チップの全活性領域が光を放出するため発光する。これらは、単一要素チップ（ＳＥＣ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｃｈｉｐ）と呼称される。
ＩＬＥＤデバイスの効率的な性能に最も重要なことは、ＬＥＤ材料に関して生成される光の最大量を周囲に対して取り出す能力である。ほとんどの場合、これは、無作為な方法で光がデバイスから放射されることとなる。このようにして取り出された光は、６０°の半値半幅を有するランバート放射プロファイル（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）を有するものとして示すことができる。より狭いビームプロファイルで光を効率的に取り出すことが可能である。同様の例は、米国特許第７，５１８，１４９号明細書で確認することができる。
ＩＬＥＤデバイスがＩＬＥＤ型ディスプレイで使用される場合、ディスプレイの視野角は、ＩＬＥＤデバイスの放射プロファイルによって大きく左右される。（タッチスクリーン、円偏光子、カバーガラス、等のような）ディスプレイスタック内の各種層は、効果はあるが、これによって、ＩＬＥＤデバイスの初期の放射角度と同じ角度が得られなくなる。
典型的なディスプレイ製品では、非常に狭い視野角は望ましくなく、かつ多くの欠点を有する。例えば、複数の視聴者が画面を同時に視聴することができないことや、画面を迅速に最適な位置に移動させることなく画面を視聴することができないことが挙げられる。狭視野角は、プライバシー表示としての用途には、有益である。
上記の理由により、標準のディスプレイは広視野角を有する。実際に、広視野角を有するディスプレイは、重要な販売ポイントとして見られている。しかしながら、広い角度にわたってディスプレイに必要とされる光の量は、狭視野角を有するディスプレイの光の量よりも大幅に大きい。実際に、一次的に、視野角は、ディスプレイの消費電力に直接関連している。ディスプレイは電力消費の主要源であるため、優れたディスプレイに対する要求として広視野角と最小の消費電力という二つの対照的な要求がある。
ディスプレイの視野角は、最も重要な特徴の一つである。広視野角は、特に定常的に複数の人に視聴される場合には、ほとんどのデバイスには必要とされる。しかしながら、一組の広い角度に亘って光を生成するというニーズは、消費電力を増大させることとなる。
ＩＬＥＤディスプレイは、ＩＬＥＤ要素のアレイからなる。ディスプレイの視野角は、ＩＬＥＤ要素の放射角度にある程度依存する。広視野角は、同じ光出力に対して狭視野角より多くのパワーを必要とする。しかしながら、狭視野角は商業的に魅力的ではない。２つの異なる放射角を有するＩＬＥＤ要素を用いることにより、ディスプレイの視野角を動的に変更することができる。これは、商業的に魅力的な視野角を有し、かつ非常に電力効率の良いモードで駆動することができるディスプレイを提供する。
第１の態様によれば、ＬＥＤディスプレイ用のサブピクセルが提供される。サブピクセルは、第１の放射ビーム角度を有する第１の発光デバイスと、第１の放射ビーム角度とは異なる第２の放射ビーム角度を有する第２の発光デバイスとを備える。
第１および第２の発光デバイスは、ディスプレイの発光プロファイルを調整するための選択的な動作のために構成され得る。ディスプレイの発光プロファイルは、ディスプレイの視野角を含む。
選択肢として、第１及び第２の発光デバイスは、ＬＥＤ、無機ＬＥＤ、及び有機ＬＥＤのいずれかから選択される。
選択肢として、第１の発光デバイスは第１の単一要素チップであり、第２の発光デバイスは第２の単一要素チップである。代替的に、第１の発光デバイスは、アドレス可能なアレイチップ上の第１のアドレス可能なアレイ要素であり、第２の発光デバイスは、アドレス可能なアレイチップ上の第２のアドレス可能なアレイ要素である。
選択肢として、第１及び第２の放出ビーム角度は、
コーティング、
レンズ、
表面テクスチャリング、
メサ形状、
コンタクトのうちのいずれかによって決定される。
選択肢として、第１および第２の発光デバイスのいずれかの発光ビームプロファイルが非等方性である。
第２の態様によれば、第１の態様において上記した複数のサブピクセルを含むディスプレイが提供される。
ディスプレイは、ディスプレイ上に重ねられた改質層を任意選択的に備え、改質層は、複数のサブピクセルからの光を変更するように構成されている。
ディスプレイは、ディスプレイの発光プロファイルを調整するために、複数のサブピクセルのサブピクセルの照光を選択的に制御するように構成された制御デバイスを任意選択的に備える。制御システムは、パッシブマトリクス及びアクティブマトリクスのいずれかから任意選択的に選択される。制御システムは、ディスプレイからの発光プロファイルに関するユーザからの入力を受信するように構成されたユーザ入力デバイスを任意選択的にさらに備える。さらなる選択肢として、制御システムは、入力を受け取るように構成されたセンサをさらに備え、制御システムは、センサの入力に応答してディスプレイからの所望の発光プロファイルを調整するように構成される。さらなる選択肢として、制御システムは、ディスプレイのユーザの数に応じて、ディスプレイからの所望の発光プロファイルを調整するように構成される。さらなる選択肢として、制御システムは、ディスプレイのコンテンツのタイプに応じて、ディスプレイからの所望の発光プロファイルを調整するように構成されている。さらなる選択肢として、制御システムは、ディスプレイの位置および向きのいずれかに応じて、ディスプレイからの所望の発光プロファイルを調整するように構成されている。さらなる選択肢として、制御システムは、周囲光条件に応じてディスプレイからの所望の発光プロファイルを調整するように構成されている。
第３の態様によれば、光学ディスプレイデバイスを制御する方法が提供され、光学ディスプレイデバイスは、複数のサブピクセルを含み、複数のサブピクセルの各サブピクセルは、第１の放射ビーム角度を有する第１の発光デバイスと、第２の放射ビーム角度を有する第２の発光デバイスとを含み、第２の放射ビーム角度は、第１の放射ビーム角度とは異なり、方法は、第１の発光デバイスおよび第２の発光デバイスへの電力を選択的に制御するステップを含む。
第４の態様によれば、コンピュータ・デバイスが提供され、コンピュータ・デバイスは、コンピュータ・デバイスをディスプレイに接続し、かつディスプレイからの所望の発光プロファイルを制御するように構成された出力部と、
ディスプレイからの所望の発光プロファイルを決定するように構成されたプロセッサとを備え、発光プロファイルは、ディスプレイのサブピクセルの放射ビーム角度に関連している。
選択肢として、プロセッサは、第１の放射ビーム角度を有するサブピクセルの第１の発光デバイスと、第２の放射ビーム角度を有するサブピクセルの第２の発光デバイスとを選択的に照光させるように構成され、第２の放射ビーム角度は、第１の放射ビーム角度とは異なる。
第５の態様によれば、コンピュータ・デバイス上で実行されると、コンピュータ・デバイスにディスプレイからの所望の発光プロファイルを決定させるコンピュータ可読コードを含むコンピュータプログラムが提供され、発光プロファイルはディスプレイのサブピクセルの放射ビーム角度に関連している。
第６の態様によれば、コンピュータ可読媒体と請求項２０に記載のコンピュータプログラムとを含むコンピュータプログラム製品が提供され、コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納される。
選択肢として、コンピュータ可読媒体は、非一時的なコンピュータ可読媒体である。
複数のピクセルを含むディスプレイを概略的に示す図。 ディスプレイの様々な構成要素を概略的に示す図。 様々なＩＬＥＤチップのタイプ間の関係性を概略的に示す図。 例示的なＩＬＥＤのレイアウトを概略的に示す図。 照光領域および様々な照光角度に対する照光領域の割合を示すグラフ。 例示的なマイクロＬＥＤを示す図。 アドレス可能なアレイチップを使用する複数の表示ピクセルに亘ってアドレス可能なアレイ要素の共有を概略的に示す図。 ２つの発光デバイスを含む例示的なサブピクセルの概略的な断面図。 例示的なコンピュータ・デバイスの概略的なブロック図。 使用される２つの放射角度のＳＥＣを有する表示ピクセルを概略的に示す図。
次の略語および定義は、以下の説明において使用される。
発光ダイオード（ＬＥＤ）： 適切な電気的バイアスが供給されている場合に光を生成する半導体装置。マイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）は、ＬＥＤの一種類と見なすことができることに留意されたい。
放射体： 任意の発光源、一般にＬＥＤ。μＬＥＤ放射体は、放射体であってもよく、μＬＥＤデバイスの一部のみを備えてもよいことに留意されたい。
ＬＥＤチップ： 光を発生させることができ、かつＬＥＤチップが製造される半導体ウェハから単一化された半導体材料の一片。
単一放射体チップ（ＳＥＣ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｃｈｉｐ）： １つのみの発光領域（または放射体）を有するＬＥＤチップ。これはμＬＥＤに関して当てはまらないかもしれないが、一般的にチップ全体が照光する。
アドレス可能なアレイチップ（ＡＡＣ：Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｃｈｉｐ）： 独立してアドレス可能な２つ以上の別個の光発生領域（または放射体）を有するＬＥＤチップ。
アドレス可能なアレイ要素（ＡＡＥ：Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｅｌｅｍｅｎｔ）： アドレス可能なアレイチップ内の独立してアドレス可能な発光領域（または放射体）。
非アドレス可能なアレイ要素（ＮＡＣ：Ｎｏｎ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ａｒｒａｙ）： 独立してアドレスすることができない２つ以上の別個の光発生領域（または放射体）を有するＬＥＤチップ。
表示ピクセル： 画像全体を構築するために使用されるディスプレイの構成要素。一般的に表示ピクセルは、ある範囲の色を生成するように独立して制御可能なＲ、Ｇ及びＢサブピクセルからなる。
表示サブピクセル： 典型的には、単一色（一般的にＲ、ＧまたはＢ）を含む表示ピクセルのサブセクション。
図１を参照すると、各表示サブピクセル１０４内の個々の単一放射体チップを有する複数のピクセル１０２を備えたディスプレイ１００が示されている。各サブピクセル１０４は、発光デバイスのうちの１つに欠陥が生じた場合の冗長性を提供するために２つの発光デバイス（図１には図示せず）を有している。
図２は、ディスプレイの様々な構成要素を示す。表示画像２００は、複数の表示ピクセル２０２から構成され、１つの表示ピクセル２０２は、表示サブピクセル（典型的には、ＲＢＧ）２０４からなる。
図３は、種々のＩＬＥＤチップのタイプ間の関係を概略的に示す。図３から、ＬＥＤチップ３００は、少なくとも３種類：複数のアドレス可能なアレイ要素（または放射体）３０４を含むアドレス可能なアレイチップ３０２、複数のアレイ要素（または放射体）３０８を含む非アドレス可能なアレイチップ３０６、およびＳＥＣ３１０を有し得る。
広視野角が必要とされない場合、ディスプレイの視野角を動的に変更することができるとともに、ディスプレイの電力消費量を大幅に低減することができるように、ＩＬＥＤチップの設計および部品に基づくディスプレイ設計が記載される。
ディスプレイは、図１に見られるように、典型的には、選択的に照光する個々の表示構成要素の大きなアレイを含む。これらの構成要素は、表示ピクセルと呼称される。マルチカラーディスプレイにおいて、異なる色に関連した小さな構成要素は、サブピクセルと呼称される。一般的に、異なる色は、赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、及びＢ）である。
ＬＣＤディスプレイでは、表示サブピクセルをカラーフィルタ及び液晶光学要素により作成して、ピクセルの状態に基づいて白色ＬＣＤバックライトからの光の透過を選択的に可能にするようにしている。ＩＬＥＤディスプレイでは、個別にアドレス可能なＲ、Ｇ及びＢのＩＬＥＤが、ピクセルの状態に基づいて選択的に照光する。カラーフィルタや液晶が必要とされない。ディスプレイのサイズまたは解像度が増加するため、必要なＬＥＤチップの総数が増加する。照光するピクセルは、バックプレーンによって選択される。
図４に示すように、ＩＬＥＤの表示ピクセル４００は、（個々に表示サブピクセルとして呼称される）Ｒ４０２、Ｇ４０４及びＢ４０６において個々の発光ＩＬＥＤデバイスを含む。これらは、アドレス可能なアレイチップ（ＡＡＣ）である。例示的なＩＬＥＤディスプレイにおいて、ＩＬＥＤデバイスから取り出される光はランダムであり、かつ広視野角で捕捉された光および表示において著しい損失をもたらす可能性がある。ＬＥＤから取り出される光の一部は、境界における不確かな反射または他の光学的効果に起因してディスプレイ内において捕捉され得る。これらにより、ディスプレイ効率の低下が生じるとともに、ピクセルクロストークまたはピクセルのぼけの一因となり得る。
ＩＬＥＤ源からのより平行状態の放射ビームは、反射の大きさおよび他のアーチファクトを減少させる。しかしながら、上記したように、ディスプレイにおける狭視野角は、消費者の視点から特定の用途において望ましくない。
例示的なディスプレイにおいて、２つのＩＬＥＤ放射体が各表示サブピクセル４０２、４０４、４０６に配置され、１つのＩＬＥＤ放射体は、広いビームプロファイルを有し、他のＩＬＥＤ放射体は、狭いビームプロファイルを有する。これらのデバイスの各々の相対的な駆動電流は、ディスプレイの視野角を大きく左右し得る。また、これは、電力消費量を決定する。具体的には、緑のサブピクセル４０４を参照すると、サブピクセル４０４は、２つの放射体４０８ａ、４０８ｂを含む。２つの放射体４０８ａ、４０８ｂは、単一のＬＥＤデバイス上に配置してもよく、またそれぞれ異なるＬＥＤデバイス上に配置してもよい。２つの放射体４０８ａは、４０８ｂは、放射体の１つがオンして、他がオフするように、個別にアドレス可能である。同様の構成が、赤４０２および青４０６のサブピクセルのそれぞれに存在する。さらに、ディスプレイにおける複数の残りのピクセル（及び特定の例示的なディスプレイにおいては全てのピクセル）は、サブピクセルが同じか、または同様の構成を有してもよい。
いくつかの例示的な方法および装置は、各表示サブピクセルに対して共に配置された２つのＩＬＥＤ要素を含んで、性能上の利点、すなわちユーザの要求に基づいて低消費電力または広視野角を提供するとともに、ディスプレイにプライバシー機能を提供する利点を達成する。一実施形態において、それぞれ異なるビーム角度を有する色毎の２つの個々のＩＬＥＤチップが、各表示サブピクセルに対して使用される。そのような設計に関して、４つのコンタクト（サブピクセルにおける各ＩＬＥＤチップに対して１つのｐおよび１つのｎ）が必要とされる。
図４には、ＩＬＥＤ表示ピクセル４００の概要が示されている。各表示サブピクセル４０２、４０４、４０６は、少なくとも１つの個々のＩＬＥＤ放射体を含む。表示ピクセル４００およびここでは表示サブピクセル４０２、４０４、４０６の総数は、ディスプレイのサイズおよび解像度によって決定される。携帯電話デバイスに関して一般的な表示フォーマットとなりつつある一例は、１９２０ｘ１０８０である。そのようなフォーマットにおいて、表示ピクセル４００の総数は２，０７３，６００個である。表示サブピクセル４０２、４０４、４０６の総数は、６，２２０，８００個である。標準型のＩＬＥＤに関して、各サブピクセルに対して１つのチップと仮定して、６，２２０，８００個の個々の単一要素チップが存在することとなる。
上述したように、いくつかの技術がＩＬＥＤデバイスに関して光の取り出し効率を最大化するために使用される。これらの技術は、光出射面からの光が無作為化されることとなる。そのように生成された光は、ＩＬＥＤデバイスからすべての方向に等しく出射するが、より一般的には、（キャリアに搭載された）高反射性である裏面とともに５つの面（表面と四つの側面）に亘って割当てられる。そのようなデバイスからの全体的なビームプロファイルは、前面からのパワーに対してデバイスの側面から逃げるパワーに依存する。
一般に、前面からの光は、ランバートプロファイル、例えば６０°の半値全幅を有する。そのようなデバイスがＩＬＥＤ型ディスプレイで使用されると、一次的には、６０°の視野角となる。ＩＬＥＤチップの側面から生成されるパワーは、ＩＬＥＤチップから直接放出されず、それ故、ディスプレイから直接放出されないため、損失またはピクセルクロストークが生じる。そのような問題を克服するための例示的な方法は、米国特許出願第２０１４０１５９０６４号等のＩＬＥＤチップが配置されるキャリア基板における反射バンク（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｂａｎｋｓ）の使用を含む。これは、標準的なＬＥＤデバイスにおける二次パッケージングの使用に類似している。これらの反射バンクは、ＴＦＴパネルの製造工程の一部として組み込まれる。反射バンクの設計に基づいてサブピクセルのビーム角度／視野角を変化させる余地がある。しかしながら、実際には、反射バンクを使用してビーム角度を制御する技術は、ＴＦＴパネル処理に関連した製造技術によって制限される。
本明細書に開示された例示的な方法および装置において、ＩＬＥＤ放射体のビーム角度は、ＩＬＥＤ放射体が製造されたウェハ上で測定することができる。これにより、現在の方法を用いては達成することができない、ＩＬＥＤデバイスを用いて製造されるディスプレイの相対的な視野角を予測することができる。
例示的なディスプレイでは、ＩＬＥＤデバイスは、ユーザの要求に基づいてディスプレイの視野角を変更することができるような表示フォーマットで組み立てられる。これは、異なる放射ビームプロファイルを有するサブピクセル内で複数のＩＬＥＤを組み立てることによって達成することができる。そのような組み立て品を製造するためのいくつかの方法が説明される。例示的なディスプレイでは、二次光学部品を必要とせずに、明確に定義された、狭いビーム角度、および／または制御可能なビーム角度を有する光を生成することができるＩＬＥＤチップが使用される。そのようなデバイスの概要が米国特許第７，５１８，１４９号明細書に記載されている。
一つの例示的なディスプレイでは、２つの単一要素チップは、各表示サブピクセル用に使用される。これらのＩＬＥＤのＳＥＣの両方は、互いに異なる明確に定義された放射ビーム角度プロファイルを有することとなる。例えば、図１０を参照して、１つのＩＬＥＤ ＳＥＣ（タイプＡ）は、６０°のビーム角度（半値半幅）を有する。他の（タイプＢ）は、２０°のビーム角度を有する。図１０の例示的なディスプレイ９００において、各ピクセル１００２は、各サブピクセル１００６における複数のＬＥＤ放射体１００４ａ、１００４ｂを含む。第１のＬＥＤ放射体１００４ａはタイプＡ放射体であり、第２のＬＥＤ放射体１００４ｂは、タイプＢ放射体である。第１のＬＥＤ放射体１００４ａは、第２のＬＥＤ放射体１００４ｂに対して異なる放射角度を有する。２つの放射体１００４ａ、１００４ｂは、放射体１００４a、１００４ｂのうちの一方が照光し、他方が消灯するように個別にアドレス可能である。このように、ディスプレイ１０００は、第１又は第２のＬＥＤ放射体１００４ａ、ｂのいずれかを使用するように構成することができる。ディスプレイ１０００において同じ構成が複数のピクセル（例えば、全てのピクセル）に使用される場合、サブピクセルの放射体１００４ａ、ｂの間で切り替えることによってディスプレイの視野角を変更することができる。なお、図１０は、異なるビーム角度を有する２つのタイプの放射体を示しているが、より多くのタイプの放射体を使用することができることに留意されたい。
ディスプレイが、タイプＡのＩＬＥＤ ＳＥＣを使用する場合、第一近似として、視野角は６０°となる。タイプＢのＩＬＥＤ ＳＥＣを使用すると、視野角は２０°となる。タイプＢのデバイスを用いると、タイプＡのデバイスと比較して前方ターゲットの照明に関する消費電力が大幅に低減される。
図５には、様々な視野角に対して必要な相対的な光パワーが示されている。６０°の角度（半値半幅）で放射するデバイスは、標的領域に亘って同じレベルの均一な照明を提供するためには、２０°の半角放射を有するデバイスよりも８倍多くの光を必要とする。このことは、８倍多くの消費電力、あるいは逆に２０°の半角放射が８倍少ない電力を消費するものと理解される。また、低減された視野角によって、ディスプレイに表示された情報の視野角外の第三者による閲覧が制限されて、強化されたセキュリティが提供される。さらに、小さな視野角の設定を使用することにより、広視野角を用いる場合の低輝度と同じパワーで輝度を増加させることができる。このことは、太陽光のような明るい周囲光の条件において有利である。
別の実施形態において、単一のチップのみが、カラーサブピクセル／表示サブピクセル毎に使用される。しかしながら、このチップは、アドレス可能なアレイチップであり、かつ２つ以上の異なるアドレス可能なアレイ要素（独立してオンオフを切り替えることができる放射領域（または放射体））を含むことになる。これらのアドレス可能なアレイ要素の各々は、ＩＬＥＤチップからの光を異なるビームプロファイルで生成する。そのようなディスプレイにおいて、３つ以上のコンタクト（１つが各ｐコンタクト、１つが共有されるｎコンタクト）が必要である。
いくつかの方法が、２つの異なるビームプロファイルを有するアドレス可能なアレイチップからの光を生成するために使用されてもよい。上述したように、ＩＬＥＤデバイスから良好な取り出し効率および制御されたビーム角度を有する光を生成することは、良好な取り出し効率および広いビーム角度又はランダムビーム角度よりも困難であることが一般的に認識される。このため、米国特許第７５１８１４９号明細書に記載されたようなデバイスの利用方法を特定のビーム放射角を提供するために使用し得る。これらのデバイスは、本明細書ではμＬＥＤと呼称され、一般的にメサ構造を含み、かつＩＬＥＤのタイプであり得る。米国特許におけるＩＬＥＤへの参照は、μＬＥＤへの参照も含み得る。
図６は、例示的なμＬＥＤ６００を示す。図６に示すμＬＥＤ６００は、高い取り出し効率を有するとともに、放物線形状により準平行光を出力する国際公開第２００４／０９７９４７号（米国特許第７，５１８，１４９号としても公開されている）で提案されているものと同一または類似である。基板６０２は、基板６０２上に位置する半導体エピタキシャル層６０４を有する。エピタキシャル層６０４は、メサ構造６０６に形成されている。活性層（または発光層）６０８は、メサ構造６０６によって囲まれている。メサ６０６は、光伝送または発光面６１０とは反対側において切頭上面を有する。メサ６０６は、μＬＥＤ６００内で発生した光に対する反射筐体を形成するように近放物線形状を有する。矢印６１２は、活性層６０８から放出された光がどのようにしてメサ６０６の内壁で反射されて、反射された光がμＬＥＤデバイス６００（すなわち、全反射の角度内）を脱出するのに十分な角度で光出射面６１０に向うのかを示す。
チップおよびそれ以降のものの両方で平行化された（または部分的に平行化された）光源のビーム角度を増加させるいくつかの方法が存在する。一実施形態において、ＩＬＥＤの出射面の表面が粗面化される。この結果、光の散乱が生じて、チップを離れるにつれて角度が広がる。モノリシックアレイに関して、そのような粗面化は、ビーム角度が変更されるべき放射体により照明される領域に制限されるということが重要である。従って、ＩＬＥＤチップの発光面の選択的な粗面化が必要とされる。
別の実施形態では、光出射面の選択的エッチング／シェーピングを使用してもよい。異なるシェーピングを使用して一つの放射体のビームプロファイルを狭めると、別の放射体のビーム角度（およびおそらくは取り出し効率）が増加するようにするために、この選択的エッチングを使用して、ＩＬＥＤの発光面に特定の形状（例えば、凹凸）を提供することができる。ＩＬＥＤチップ内の光を制御する能力、および、従ってビームプロファイルを変えることができるフィーチャーを選択的に照明する能力は、アドレス可能なアレイチップの正常な機能において考慮すべきであることを留意されたい。
別の実施形態では、発光面の構造化を用いてもよい。
別の実施形態では、ＩＬＥＤデバイスは、光がチップを出射するときにビームプロファイルが変化するポリマーレンズのような光学部品を含む。
別の実施形態では、放射ビーム角度が変化するように材料を光出射面上に堆積させてもよい。これらの材料としては、これに限定されないが、フィルター、反射防止コーティング、又は酸化物系材料を含む。
別の実施形態では、ＩＬＥＤ放射体がデバイスからの発光プロファイルが等方性でないように設計される。
別の実施形態では、放射された光がもはや等方性でないように任意の技術を用いて表面が変更される。
別の実施形態では、３個以上の要素が各表示サブピクセルのために各アドレス可能なアレイチップにおいて用いられてもよい。これらの要素の各々は、異なるビームプロファイルを提供し得る。これにより、ディスプレイの視野角の追加の制御が可能となる。
別の実施形態では、表示サブピクセルは異なるアドレス可能なアレイチップ上にある要素（または放射体）を使用して形成してもよい。アドレス可能なアレイチップの各々は、１つまたは２つ以上の放射ビームプロファイルを有する要素（または放射体）を含んでもよい。各モノリシックアレイ上の放射体は、２つ以上の表示サブピクセルによって共有される。これを行うための方式は図７に示されている。
別の実施形態では、アドレス可能なアレイチップ上の全ての放射体が狭い発光プロファイルを生成する。アドレス可能なアレイチップの一部ではない第２の層が、選択された数のビームプロファイルのビーム角度を増加させるために使用することができる。ディスプレイの全体的な視野角は、第２の層によって変更される要素（または放射体）か、または第２の層によって影響されない要素（または放射体）を選択することによって制御することができる。
別の実施形態では、画面の異なる部分が、異なる視野角を有していてもよい。これは、コンテンツに基づいて決定されるか、またはユーザによって選択されてもよい。例えば、ユーザがプライベートとしたいディスプレイの領域は、狭視野角を有するようにしてもよい。
別の実施形態では、視野角が、幅広い視野角にわたって常に可変となるように異なるビーム角度を有する放射体の相対的なパワーを制御し、かつ変更してもよい。すなわち、例えば、５０度の視野角を得るために、Ａ（角度２０）を１０％で、Ｂ（角度６０）を９０％で駆動することが可能である。また、Ａを５０％で、Ｂを５０％で駆動して、４０度の視野角を得ることが可能である。駆動電流の他の比率は、当業者には明らかであろう。
別の実施形態では、アドレス可能なアレイチップからの光は、光学フィルムに結合されて、このフィルムが光を表示ピクセル内に適切に配置し、かつデバイスのビーム角度を変更するか、または変更しないようにしてもよい。
ディスプレイの視野角の選択は、ユーザによって、またはディスプレイで使用されるデバイスのオペレーティング・システムによって自動的に行ってもよい。前者は、手動視野角制御（ｍ−ｖａｃ：Ｍａｎｕａｌ Ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼称し、後者は、自動視野角制御（ａ−ｖａｃ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼称する。制御システムは、消費電力または視野角の最適なバランスのために視野角を自動的に選択することができるいくつかの実例がある。これは、表示する情報の種類、デバイスの位置、またはセンサを使用してシステムと対話する人の数を評価することに基づいて決定することができる。
ａ−ｖａｃの１つの実例では、カメラ等のシステムセンサがディプレイを視聴するか、またはディスプレイを視聴する位置にいるユーザの数を測定し、それに応じて視野角を調整する。
ａ−ｖａｃの別の実例では、メッセージまたは送信者のタイプがプライベートとしてマークされている場合にディスプレイの前に直接存在しない人に簡単に閲覧可能とならないように視野角が縮小される。
ａ−ｖａｃの別の実例では、フィルムやビデオなど複数の人に視聴されてもよいコンテンツに対しては視野角を拡大し、ビジネス文書等の一度しか複数の人によって消費されない他のタイプのメディアに対しては視野角を縮小してもよい。
ａ−ｖａｃの別の実例では、視野角は、ディスプレイの位置または場所によって決定されてもよい。例えば、ディスプレイをテーブル上の平面に置いたままにしたときには、ユーザがディスプレイを直接見ない可能性が高いため、ディスプレイが広視野角を自動的に使用するようにしてもよい。
ａ−ｖａｃの別の実例では、視野角は、ディスプレイの向き、即ち、横向き、または縦向きによって決定されてもよい。
別の実例では、ａ−ｖａｃは、ユーザがすべてのコンテンツに対して好ましい視野角を選択できるように、ａ−ｖａｃをｍ−ｖａｃによって無効にするようにしてもよい。
別の実例では、ディスプレイの一部が広視野角を有し、別の部分が狭視野角を有するようにしてもよい。
ディスプレイの実現可能性の要素は総コストである。本発明では、２つの放射体が各表示サブピクセルに対して使用される。このような設計は、ディスプレイのコストを増加させる可能性がある。しかしながら、デバイスの故障を考慮した冗長手段として、いずれにしても、各表示サブピクセルにおいて第２の放射体が必要とされることに留意されたい。したがって、本発明において第１のピクセルとは異なるビーム角度を有する第２のピクセルが設計において必要とされる。上記の特定の実施形態では、材料要件および相互接続の数が、単一ピクセルデバイスの２倍とならないように設計される。
ＩＬＥＤデバイスは、いくつかの方法によって制御および駆動され得る。駆動方式の一例は、薄膜技術（ＴＦＴ）を組み込んだアクティブマトリクス上にデバイスを搭載することを含む。ＴＦＴは、金属酸化物およびアモルファスシリコンベースのトランジスタを含む。このアクティブマトリクスは、バックプレーンとしても知られている。ＩＬＥＤデバイスは電流駆動型であり、かつＯＬＥＤ型のＴＦＴドライバと互換性がある。他の方法には、パッシブマトリクスドライバの使用、またはモノリシック駆動回路を伴う光源のパッケージングが含まれる。
ユーザがプライバシーモード（狭視野角）と標準モード（広視野角）との間で切り替える方法は、オペレーティング・システムによって提供される。
図８を参照すると、第１の発光デバイス８０２および第２の発光デバイス８０４を含むサブピクセル８００が概略的に示されている。第１の発光デバイス８０２のビーム角度は、第２の発光デバイス８０４のビーム角度よりも広く、これは、第１の発光デバイス８０２がより多くの電力を消費するが、広視野角でディスプレイを視聴することができることを意味する。第２の発光デバイス８０４の狭いビーム角度は、電力消費を低減し、かつユーザが「プライバシー」モードでディスプレイを視聴することを可能にする。オペレーティング・システムまたはコンピュータプログラムは、各発光デバイスへの電力量を制御し、それにより、ディスプレイの視野角および電力消費を制御する。上述したように、発光デバイスは、別個のチップ上にあっても、同じチップ上にあってもよい。各サブピクセルには、異なるビーム角度を有する３つ以上の発光デバイスが設けられて、ディスプレイの視野角に亘ってより大きな段階の制御を可能にしてもよいことに留意されたい。
図９は、例示的なコンピュータ・デバイス９００のブロック図を概略的に示す。コンピュータ・デバイスは、図８に示すようなサブピクセルを含むディスプレイ９０２に接続される。プロセッサ９０４は、ディスプレイを制御し、ディスプレイ９０２のビーム角度および視野角に影響を与えるようにディスプレイのサブピクセルに電力を選択的に供給する。ディスプレイ９０２に必要とされる視野角をプロセッサ９０４が決定するデータを提供する入力９０６（例えば、ユーザ入力または周囲光センサ）が設けられている。メモリ９０８の形態で非一時的なコンピュータ可読媒体が提供され、メモリ９０８は、プロセッサ９０４によって実行されると、プロセッサ９０４に上記のように動作させるプログラム９１０を格納するために使用される。なお、プログラムは、ＣＤ、フラッシュドライブ、搬送波等の外部のコンピュータ可読媒体９１２から提供されてもよい。
以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、いくつかの変更および改変が可能であることが理解されよう。
［番号付けされた付記］
１． ディスプレイから放射された光の放射分布が変化し、ディスプレイの視野角を変えることができるＩＬＥＤタイプのディスプレイ。
２． ＩＬＥＤタイプのディスプレイは、ディスプレイからの光の放射分布が変化し得るとともに、以下の
ａ． 複数のＩＬＥＤチップと、
ｂ． 複数のＩＬＥＤチップの一部分が、他と実質的に異なる放射ビームプロファイルを有するように設計されていることと、
ｃ． ＩＬＥＤチップを選択的にアドレスする方法とからなる。
３． 付記２において、ＩＬＥＤチップが単一の発光領域を有する個々のデバイスである。
４． 付記２において、ＩＬＥＤチップがアドレス可能なアレイチップであり、アレイ内の要素が異なるビーム角度を有するように構成されている。
５． 付記２において、ＩＬＥＤチップが２つ以上の要素を含むアドレス可能アレイチップであり、すべての要素が同じ表示サブピクセルで照光する。
６． 付記２において、ＩＬＥＤチップがアドレス可能なアレイチップであり、同じアドレス可能なアレイチップ上の要素が異なる表示サブピクセルで照光する。
７． 付記２において、ＩＬＥＤチップが、ビーム角度を変化させるように一体化されたコーティング、レンズ、または他のタイプの構成要素を有する。
８． 付記２において、ＩＬＥＤチップがアドレス可能なアレイチップであり、選択された要素のビーム角度を選択的に変更するためにコーティング、レンズまたは他の光学部品が使用される。
９． 付記２において、光のビームプロファイルが選択的に変更されるようにチップの光出射面がテクスチャ加工されている。
１０． 付記２において、ＩＬＥＤデバイスからの放射プロファイルが設計することによって異方性である。
１１． 付記２において、光がディスプレイ内に配置されるか、または変更されるように、光学フィルムまたはシートがＩＬＥＤチップ上に一体形成されている。
１２． 付記２において、ＩＬＥＤデバイスからの光が選択的に変更されるように、光学フィルムまたは光学シートがＩＬＥＤチップ上に一体形成されている。
１３． 付記２において、メサ形状またはコンタクトまたはサイズの設計が、ビームプロファイルを変更するために所定の方法で変更される。
１４． 付記１において、ディスプレイは、電子制御システムを含む。
１５． 付記１４において、電子制御がパッシブマトリクスである。
１６． 付記１４において、電子制御がアクティブマトリクスである。
１７． ディスプレイから出射する光の放射分布がユーザによって動的に変化するディスプレイ。
１８． ディスプレイから出射する光の放射分布がオペレーティング・システムによって自動的に変化するディスプレイ。
１９． 付記１８において、オペレーティング・システムがセンサから受信した情報に基づいて視野角を変化させる。
２０． 付記１８において、オペレーティング・システムがディスプレイを視聴している人の数に基づいて視野角を変化させる。
２１． 付記１８において、オペレーティング・システムがディスプレイ上のコンテンツのタイプに基づいて視野角を変化させる。
２２． 付記１８において、オペレーティング・システムがディスプレイの位置（例えば、テーブル上の平面）に基づいて視野角を変化させる。
２３． 付記１８において、オペレーティング・システムがディスプレイの向き（例えば、縦向き、または横向き）に基づいて視野角を変化させる。
２４． 付記１８において、オペレーティング・システムが周囲光の条件に基づいて視野角を変化させる。

Claims (22)

  1. ＬＥＤディスプレイ用のサブピクセルであって、第１の放射ビーム角度を有する第１の発光デバイスと、前記第１の放射ビーム角度とは異なる第２の放射ビーム角度を有する第２の発光デバイスとを備えるサブピクセル。
  2. 前記第１及び第２の発光デバイスは、ＬＥＤ、無機ＬＥＤ、及び有機ＬＥＤのいずれかから選択される、請求項１に記載のサブピクセル。
  3. 前記第１の発光デバイスは第１の単一要素チップであり、前記第２の発光デバイスは第２の単一要素チップである、請求項１または２に記載のサブピクセル。
  4. 前記第１の発光デバイスは、アドレス可能なアレイチップ上の第１のアドレス可能なアレイ要素であり、前記第２の発光デバイスは、前記アドレス可能なアレイチップ上の第２のアドレス可能なアレイ要素である、請求項１または２に記載のサブピクセル。
  5. 前記第１及び第２の放射ビーム角度は、
    コーティング、
    レンズ、
    表面テクスチャリング、
    メサ形状、
    コンタクトのうちのいずれかによって決定される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサブピクセル。
  6. 前記第１および第２の発光デバイスのいずれかの発光ビームプロファイルが非等方性である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のサブピクセル。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複数のサブピクセルを含むディスプレイ。
  8. 前記ディスプレイ上に重ねられた改質層をさらに備え、前記改質層は、前記複数のサブピクセルからの光を変更するように構成されている、請求項７に記載のディスプレイ。
  9. 前記ディスプレイの発光プロファイルを調整するために、前記複数のサブピクセルのサブピクセルの照光を選択的に制御するように構成された制御デバイスをさらに備える、請求項７または８に記載のディスプレイ。
  10. 制御システムは、パッシブマトリクス及びアクティブマトリクスのいずれかである、請求項９に記載のディスプレイ。
  11. 制御システムは、前記ディスプレイからの発光プロファイルに関するユーザからの入力を受信するように構成されたユーザ入力デバイスをさらに備える、請求項９または１０に記載のディスプレイ。
  12. 制御システムは、入力を受け取るように構成されたセンサをさらに備え、前記制御システムは、前記センサの入力に応答して前記ディスプレイからの発光プロファイルを調整するように構成される、請求項９、１０、または１１のいずれか１項に記載のディスプレイ。
  13. 制御システムは、前記ディスプレイのユーザの数に応じて、前記ディスプレイからの発光プロファイルを調整するように構成される、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のディスプレイ。
  14. 制御システムは、前記ディスプレイのコンテンツのタイプに応じて、前記ディスプレイからの発光プロファイルを調整するように構成されている、請求項７乃至１３のいずれか１項に記載のディスプレイ。
  15. 制御システムは、前記ディスプレイの位置および向きのいずれかに応じて、前記ディスプレイからの発光プロファイルを調整するように構成されている、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のディスプレイ。
  16. 制御システムは、周囲光条件に応じて前記ディスプレイからの発光プロファイルを調整するように構成されている、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
  17. 光学ディスプレイデバイスを制御する方法であって、前記光学ディスプレイデバイスは、複数のサブピクセルを含み、前記複数のサブピクセルの各サブピクセルは、第１の放射ビーム角度を有する第１の発光デバイスと、第２の放射ビーム角度を有する第２の発光デバイスとを含み、前記第２の放射ビーム角度は、前記第１の放射ビーム角度とは異なり、方法は、ディスプレイの発光プロファイルを提供するために、前記第１の発光デバイスおよび前記第２の発光デバイスへの電力を選択的に制御するステップを含む方法。
  18. コンピュータ・デバイスであって、
    前記コンピュータ・デバイスをディスプレイに接続し、かつ前記ディスプレイからの発光プロファイルを制御するように構成された出力部と、
    前記ディスプレイからの発光プロファイルを決定するように構成されたプロセッサとを備え、決定された発光プロファイルは、前記ディスプレイのサブピクセルの放射ビーム角度に関連している、コンピュータ・デバイス。
  19. 前記プロセッサは、第１の放射ビーム角度を有するサブピクセルの第１の発光デバイスと、第２の放射ビーム角度を有する前記サブピクセルの第２の発光デバイスとを選択的に照光させるように構成され、前記第２の放射ビーム角度は、前記第１の放射ビーム角度とは異なる、請求項１８に記載のコンピュータ・デバイス。
  20. コンピュータ・デバイス上で実行されると、コンピュータ・デバイスにディスプレイからの所望の発光プロファイルを決定させるコンピュータ可読コードを含むコンピュータプログラムであって、前記発光プロファイルは前記ディスプレイのサブピクセルの放射ビーム角度に関連している、コンピュータプログラム。
  21. コンピュータ可読媒体と請求項２０に記載のコンピュータプログラムとを含むコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータ可読媒体に格納される、コンピュータプログラム製品。
  22. 前記コンピュータ可読媒体は、非一時的なコンピュータ可読媒体である、請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品。
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