JP2019023738A - スパークル低減面を備えた多色画素化ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】多色画素化ディスプレイのスパークルを低減する。【解決手段】マイクロメートル級の回折素子を備えるスパークル低減面が、画像表示要素２０と、その表示面との間に配置されている多色画素化ディスプレイ１０が提供される。該画像表示要素２０は、それぞれ専用の表示色成分に関連する複数の表示サブピクセルに分けられた表示画素のアレイを備える。該透明なディスプレイカバーは、マーキングに敏感な表示面と、スパークル低減面３４とを備えている。該スパークル低減面は、該画素化ディスプレイの光路に沿って、該画像表示要素と該表示面との間に配置され、および光学距離Ｄだけ該画像表示要素から離間されている。該スパークル低減面は、マイクロメートル級の回折素子３８を備えている。【選択図】図１

Description

優先権

この出願は、２０１１年５月２７日に出願された米国特許仮出願第６１／４９０，７０６号（代理人番号：ＳＰ１１−１０６）に関連しているが、それに対する優先権は主張しない。この出願は、２０１１年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／５６１，０１１号明細書の米国特許法第１１９条に基づく優先権の利益を主張し、その内容は、依拠され、およびその全体の参照によって、本願明細書に組み込まれるものとする。

本開示は、画素化ディスプレイに関し、およびより具体的には、画素化ディスプレイに用いられるスパークル低減技術に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の画素化ディスプレイは、様々な情報装置、通信装置および娯楽装置に幅広く用いられている。ディスプレイの「スパークル(sparkle)」は、そのディスプレイ面が、擦られ、汚され、または該面に傷が付けられ、および典型的には、ほぼ画素レベルサイズスケールで、明るい、暗いおよび／または色の着いたグレインまたはスポットとしてそれ自体に現れた場合に起きる可能性のある、一般的に好ましくない副次的影響であり、そのパターンは、典型的には、見る角度の変化に伴ってシフトするように見える。

本開示の要旨によれば、マイクロメートル級の回折素子を備えるスパークル低減面が、画像表示要素と、その表示面との間に配置されている多色画素化ディスプレイが提供される。

より具体的には、本開示の一実施形態によれば、画像表示要素および透明なディスプレイカバーを備える多色画素化ディスプレイが提供される。該画像表示要素は、それぞれ専用の表示色成分に関連する複数の表示サブピクセルに分けられた表示画素のアレイを備える。該透明なディスプレイカバーは、マーキングに敏感な表示面と、スパークル低減面とを備えている。該スパークル低減面は、該画素化ディスプレイの光路に沿って、該画像表示要素と該表示面との間に配置され、および光学距離Ｄだけ該画像表示要素から離間されている。該スパークル低減面は、マイクロメートル級の回折素子を備えている。

本開示の別の実施形態によれば、該画像表示要素は、画素ピッチｘで配列され、およびそれぞれ専用の表示色成分に関連する複数の表示サブピクセルに分けられた表示画素のアレイを備えている。個々の表示画素の該表示サブピクセルは、専用表示色成分に関連し、そのうちの１つは、約４９０ｎｍと約５７０ｎｍとの間の波長λ_Ｇにある。該スパークル低減面は、関係

によって概算する回折周期Ｔによって特徴付けられるマイクロメートル級の回折素子を備え、ただし、

である。

本開示の具体的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面とともに読めば、最も良く理解することができ、ただし、同様の構造は、同様の参照番号で示されている。
図１は、本開示の一実施形態による画素化ディスプレイを示す。 図２は、本開示の別の実施形態による画素化ディスプレイを示す。 図３は、本開示による画素化ディスプレイに用いられるスパークル低減面の周期的回折素子の有利な幾何学的配置を示す。

本開示の一実施形態による多色画素化ディスプレイ１０が図１に示され、該ディスプレイは、画像表示要素２０と、画像表示要素２０から離間された透明なディスプレイカバー３０とを備えている。

画像表示要素２０は、それぞれが、それぞれ専用の表示色成分に関連する複数の表示サブピクセルに分けられている表示画素のアレイを備えている。例えば、図３は、表示画素のアレイが、それぞれがＸ方向に沿って、各々が該ディスプレイの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）色成分のためのものである３つのサブピクセルに分けられている実施形態を示す。ＬＣＤディスプレイ等の画素化ディスプレイにおいて、カラー画像は、一般に、隣接する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）のサブピクセルを用いることによって生成される。これらのサブピクセルは、Ｘ方向において、該画素のサイズ（または、ピッチ）の約３分の１であり、およびＹ方向においては、該画素のサイズに等しい。この種の幾何学的配置の結果として、単一のカラー画像は、その画素サイズの約２／３のギャップでサブピクセルを構成することになる。この画素間ギャップは、複数の画素によって形成された画像におけるある程度のスパークルの形成に関与している。画素間ギャップが存在しないか、または、ビューアによって気付かれない場合、スパークルは、容易に観察されないであろう。

当業者には、本開示が、図３に示すもの以外のピクセルおよびサブピクセルの幾何学的配置を包含することは正しく認識されるであろう。その他のピクセルの幾何学的配置は、限定するものではないが、不均一な寸法のサブピクセル、例えば、青色光源の低輝度を補正するために、赤および緑のサブピクセルの２倍の大きさである青のサブピクセル、非矩形状のサブピクセル、非標準色、例えば、ＲＧＢプラス白色のサブピクセルを含む３つ以上のサブピクセルを有するピクセル、各サブピクセル内に、さらなる細分があるサブピクセル、および図３に示すものよりもさらに複雑な幾何学的配置を有する構成で配列されているサブピクセルを含む。

透明なディスプレイカバー３０は、マーキングに敏感な表示面３２と、スパークル低減面３４とを備えている。例えば、および非限定的には、該表示面は、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩、アルカリアルミノホウケイ酸塩またはそれらの組合せから成るコーティングされた、またはコーティングされていないガラス基板３５の表面を備えていてもよい。他の実施形態において、ディスプレイカバー３０は、限定するものではないが、ポリカーボネートシート等の高分子材料から成る透明シートを備えている。該透明なディスプレイカバー３０は、平坦なシート、または、例えば、湾曲したシート等の３次元シートとすることができる。

一実施形態において、該表示面は、環境光の鏡面反射を低減することによって、該ディスプレイの視認性を高めるように、ガラス基板３５を覆って形成されたノングレア面３６を備えている。このようなノングレア面は、典型的には、特定の角度にわたって該面によって反射された光を拡散させるために、ある程度の粗さをディスプレイカバー３０に設けることによって形成される。このことは、例えば、粗面または粗い質感を有する膜を施すことにより、または、該基板の本来の表面を粗面化することにより実現することができる。

スパークル低減面３４は、該画素化ディスプレイの光路に沿って、画像表示要素２０と表示面３２との間に配置され、および光学距離Ｄだけ該画像表示要素から離間され、該光学距離は、物理的距離ｄに及ぶ領域の光屈折率を物理的距離ｄに乗じたものに等しい。

スパークル低減面３４は、マイクロメートル級の回折素子３８によって形成され、該素子は、本開示の目的のために、マイクロメートル、数十マイクロメートルまたは数百マイクロメートル程度の回折周期によって特徴付けられている。回折素子３８は、ガラス基板３５と一体化して形成することができ、または、ガラス基板３５に付加されるコンポーネントを備えてもよく、および回折の法則に従って光を修正する光学素子である。例えば、限定するものではないが、いくつかの実施形態において、回折素子３８は、周期的な回折格子または質感を備えている。回折素子３８は、周期的回折格子、準周期的回折格子、非周期的回折格子、または、画素化ディスプレイ内のサブピクセル間にギャップを充填することによってスパークルを低減するランダムな位相パターンを備えることができることが意図されている。また、該回折格子は、正弦波形状または正方形であってもよいことが意図されている。

画素化ディスプレイ１０の各サブピクセルＲ，Ｇ，Ｂは、回折素子３８により、−１，０および＋１の回折次数に対応する３つの画像に複製され、それらの画像は、同質性を保つために、好ましくは、振幅が等しい。それらの複製画像は、Ｘ軸（図１）に沿って、

に対する一次近似に等しい振幅または変位量だけシフトされ、ただし、θ＝λ／Ｔ、ｄｘは、側方変位であり、Ｄは、該ピクセルから回折素子３８までの光学距離であり、θは、回折角であり、λは波長であり、およびＴは、回折周期である。その結果、画素ピッチｘで配列された表示画素のアレイを前提とすると、回折素子３８は、関係

を概算する回折周期Ｔを定義するように構成することができ、ただし、Δｘは、所望のピクセルイメージシフトを表し、λ_Ｇは、対象の色成分を表す。典型的には、本発明者により認識されているように、人の眼は、約４９０ｎｍと約５７０ｎｍの間におけるスパークルに最も敏感であるため（白色画像における輝度の約７０％は、緑のサブピクセルによって生成される）、λ_Ｇは、可視スペクトル、すなわち、この帯域の緑色の部分を表すことになる。また、本発明者は、多くの場合、所望のピクセルイメージシフトΔｘは、次の関係、

を概算すべきであり、ただし、αは、波長λ_Ｇにおける専用表示色成分の略デューティファクタを表す。

図３に概略的に示すものと同様の画素化ディスプレイの場合、Ｘ方向に沿ったそのピクセルデューティファクタが略３３％である場合は、所望のピクセルイメージシフトΔｘは、典型的には、次の関係

を概算することになる。より具体的には、該回折素子は、透明なカバー３０を介して見られた画像の解像度に影響を及ぼすこと、およびスパークル低減は、画素ぼけとのバランスを保たなければならないことに留意すると、回折格子周期Ｔは、スパークル低減とぼけのバランスを保つために、画素サイズｘの１／３よりもわずかに大きいか、またはわずかに小さい、すなわち、その±１０％以内であるピクセルイメージシフトΔｘを生成するように選択することができることが意図されている。好適な回折素子は、典型的には、約５マイクロメートルと、約５０マイクロメートルの間の回折周期Ｔによって特徴付けられている。その周期的な構造が、３以上の回折次数を有する場合、最も高い次数は、同じ均質な画像拡散を実現するために、中心次数よりも高い振幅を有するべきである。

異なる種類のディスプレイに対応するいくつかの典型的な格子周期を、回折次数が３である回折格子の場合の表１に載せておく。該格子周期は、既に５３０ｎｍの波長λに対して計算されている。

例えば、高解像度ディスプレイにおいては、その画素サイズは約７５μｍである。緑の場合のディスプレイシステムのパラメータを最適化し、および光学距離Ｄが３ｍｍであると仮定した場合、回折角は、６３．８μｍの格子周期に対応する８．３ｍＲｄ（０．４８度）である。その画素化ディスプレイ間で屈折率ｎ＝１の空隙を仮定し、および該回折素子が、周期的正弦波回折格子を備えると仮定すると、その粗さの最適な振幅は、０．４８μｍであり、それは、比較的浅い表面プロファイルに相当し、すなわち、該回折格子振幅は、その回折格子周期の約１００分の１である。

他の実施形態においては、該回折素子は、ランダムな位相パターンを備えてもよい。該ランダムな位相パターンは、拡散角度エネルギ分布が、該画素から該スパークル低減面までの光学距離Ｄによって分けられた該画素サイズに等しい回折コーンを伴う矩形分布であるようなカットオフ周波数を有することができる。

本願明細書に記載されている様々な実施形態は、主に、表面テクスチャリングによって得られた回折素子に関連しているが、本開示による回折素子は、バルク散乱特性を有するコンポーネントを備えることもできることが意図されている。例えば、該回折素子は、透明基板の屈折率の局所的な変化を生じさせるために、該透明基板の該屈折率が、例えば、マスクを介したガラス基板のイオン交換によって変更されている該透明基板の一部を備えることができる。光が該基板を通って伝播する場合、その局所的変化は、位相変調を光波に誘発し、それに伴って、表面テクスチャリングと同様の回折効果を生じさせる。

図３は、本開示による回折素子を正しい位置に配置する好適な方法も示している。具体的には、図３は、多色画素化ディスプレイを示し、異方性表示、すなわち、方向Ｘに沿ったわずかな色成分デューティファクタと、方向Ｙに沿った１００％に近い色成分デューティファクタとを伴う表示を定義するために、その表示サブピクセルＲ，Ｇ，Ｂが、該ディスプレイのそれぞれの画素内に配列されている。異方性表示の場合、該スパークル低減面の該回折素子が、好ましくは、図３に概略的に示すように、方向Ｘに沿って離間されている格子周期によって特徴付けられた回折格子を備えることになるであろうことが意図されている。この構成において、最大限のスパークル低減は、過剰な画像解像度を損なうことなく実現することができる。

図２は、画素化ディスプレイ１０’が、スパークル低減面３４に接触している部分屈折率整合媒体４０をさらに備えている追加的な実施形態を示す。例えば、部分屈折率整合媒体４０は、スパークル低減面３４から表示要素２０まで及んでいるエポキシを備えることができる。部分屈折率整合媒体４０は、該スパークル低減面および該表示要素の表面におけるフレネル反射をなくすために、回折素子３８の屈折率と部分的に整合する屈折率を有するように選択される。部分屈折率整合媒体４０は、回折素子３８の屈折率とは異なっているが、フレネル反射を減衰させるのに十分低い屈折率の不一致を明確にする屈折率を有している。同時に、その屈折率の不一致は、スパークル低減面３４の粗さの振幅を合理的なレベルで保つのに十分大きい。０．０５の屈折率の不一致の場合、フレネル反射の振幅は、約０．０４％であり、および理想的な回折格子振幅は、正弦波回折格子および方形回折格子の場合に、それぞれ４．８μｍおよび３．４μｍである。２０μｍ〜４０μｍ程度の比較的大きな周期を前提とすると、マイクロリソグラフィ、エンボス加工、複製等の回折格子製造プロセスのために、そのような振幅が実現可能である。例えば、部分屈折率整合媒体４０と、透明なディスプレイカバー３０のスパークル低減面３４は、約０．０２〜約０．３の屈折率の不一致と、約０．０３％程度の反射係数を定義することができることが意図されている。

図１の拡大図を参照すると、本開示のいくつかの実施形態においては、回折素子の深さｂと、回折素子の屈折率ｎ_１とが、反射における位相変調振幅Φ_Ｒが所定の対象の波長、すなわち、約４９０ｎｍ〜約５７０ｎｍの波長λ_Ｇの整数倍に近づくように選択されるように、回折素子３８を設計することが好ましい可能性があり。ただし、

である。そうすることにより、画像劣化散乱光の振幅を制限するとともに、それでも依然としてスパークル低減面３４の有利な効果を維持するように、該回折素子を調整することができる。

本願明細書における、特定の特性を具体化するために、または、特定の方法で機能するように、特定の方法で構成されている本開示の構成要素に関する記述は、使用目的に関する記述とは対照的に、構造的記述であることに留意されたい。より具体的には、本願明細書における、構成要素が構成される方法に関する説明は、該構成要素の現在の物理的状態を意味し、したがって、該構成要素の構造的特徴に関する明確な記述として解釈すべきである。

本願明細書において用いられている「好ましくは」、「一般に」および「典型的には」のような用語は、クレームされている発明の範囲を限定するようには用いられず、または、クレームされている発明の構造または機能に対して、特定の機能が重大であり、本質的であり、または重要であることを意味するために用いられないことに留意されたい。そうではなく、それらの用語は、単に、本開示の実施形態の具体的な態様を特定すること、または、本開示の具体的な実施形態に用いられても用いられなくてもよい代替的または追加的な機能を強調することが意図されている。

本開示を説明および定義する目的のために、「およそ」および「約」という用語は、本願明細書においては、何らかの定量比較、値、測定値または他の表現に帰する可能性のある不確実性の固有の度合いを表すのに用いられることに留意されたい。また、「およそ」および「約」という用語は、本願明細書においては、それによって定量的表現が、問題の対象の基本的な機能の変更を生じることなく、決められた基準から変化する可能性がある程度を表すのにも用いられている。

本開示の内容を、本開示の具体的な実施形態を参照することにより詳細に説明してきたが、本願明細書に開示されている様々な詳細は、特定の構成要素が、明細書の記述に添付する各図面に図示されている場合であっても、それらの詳細が、本願明細書に記載されている様々な実施形態の本質的な構成要素である構成要素に関連していることを意味するように解釈すべきではないことに留意されたい。そうではなく、本願明細書に添付されているクレームを、本開示の広さの唯一の表現として、および本願明細書に記載されている様々な発明の対応する範囲として解釈すべきである。さらに、添付クレームにおいて定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更および変形が可能であることは明らかであろう。より具体的には、本願明細書において、本開示のいくつかの態様は、好適なまたは具体的な利点として特定されているが、本開示は、必ずしもそれらの態様に限定されないことが意図されている。

以下のクレームのうちの１つ以上は、移行句として「この場合（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語を用いていることに留意されたい。本発明を定義する目的のために、この用語は、その構造の一連の特徴に関する記述を導入するのに用いられる非制限的移行句として、クレーム中に導入されていること、および一般的に用いられている「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という非制限的プリアンブル用語と同様に解釈すべきであることに留意されたい。

Claims (4)

1. 画像表示要素および透明なディスプレイカバーを備える多色画素化ディスプレイであって、
   前記画像表示要素は、各々が、それぞれ専用の表示色成分に関連する複数の表示サブピクセルにそれぞれ分けられた表示画素のアレイを備え、多数の表示画素にわたる所定の色成分の前記表示サブピクセルは、その所定の色成分のサブピクセルアレイを形成し、
   前記透明なディスプレイカバーは、表示面およびスパークル低減面を備え、
   前記スパークル低減面は、前記多色画素化ディスプレイの光路に沿って、前記画像表示要素と前記表示面との間に配置され、かつ光学距離Ｄだけ前記画像表示要素から離間され、
   前記スパークル低減面は、複数の前記表示サブピクセルによって放射されたエネルギをある距離にわたって拡散させる回折素子を備え、当該ある距離とは、前記表示面において、１つの表示サブピクセルのサイズよりも大きく、かつ前記表示画素のアレイのピッチよりも小さいか、またはそのピッチに等しい距離であり、前記回折素子は回折素子の深さｂと回折素子の屈折率ｎ_１とを有し、当該回折素子の深さｂおよび回折素子の屈折率ｎ_１は、反射における位相変調振幅Φ_Ｒが、４９０ｎｍから５７０ｎｍの範囲の波長の整数倍に近づくよう選択されたものであり、ここで、
   Φ_Ｒ＝２ｎ_１ｂ
   であることを特徴とする、多色画素化ディスプレイ。
2. 前記部分屈折率整合媒体と前記透明なディスプレイカバーの前記スパークル低減面との界面は、０．０２から０．３の屈折率の不一致と０．０３％の反射係数を有することを特徴とする、請求項１に記載の多色画素化ディスプレイ。
3. 方向Ｘに沿ったわずかな色画素デューティファクタと、前記方向Ｘに垂直な方向Ｙに沿った１００％に近い色画素デューティファクタとを伴う異方性表示を定義するために、前記複数の表示サブピクセルは、前記表示画素のそれぞれの内部に配列されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の多色画素化ディスプレイ。
4. 前記多色画素化ディスプレイは、前記スパークル低減面に接触し且つ前記画像表示要素と前記透明なディスプレイカバーとの間の前記光路に沿って配置された部分屈折率整合媒体を、さらに備えることを特徴とする、多色画素化ディスプレイ。