JP5367383B2

JP5367383B2 - 表示装置及びその駆動方法

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Publication number: JP5367383B2
Application number: JP2009005849A
Authority: JP
Inventors: 毅日置; 豊中井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: US9183794B2; JP2010164702A; US20100177091A1

Description

この発明は、光導波路の集積体を用いた表示装置及びその駆動方法に関する。

現在広く用いられている表示装置については、ＣＲＴ（Cathode Ray Cube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Display）、ＦＥＤ（Field Emission Display）などが挙げられる。ＣＲＴについては、電子線走査の必要性から奥行き方向にサイズが必要なため、現在は、ＦＰＤ（Flat Panel Display）と呼ばれるＬＣＤ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ、ＦＥＤなどが主流になりつつある。このＦＰＤについては、発光メカニズムや光バルブなど方式はそれぞれ異なるが、２次元に配置された画素毎において光変調を行っている。この光変調に関するアナログ情報を各画素に伝送するために、精度の高いマトリックス構造を駆使したものとなっている。したがって、これらＦＰＤを作製する際には、例えばガラス基板などの大面積基板を用いた例えばスッパタ法などの真空プロセスによる成膜やフォトエッチングプロセスに代表される精度の高い形状形成などの技術が適応されている。

これに対して、光変調はマトリックス配線の交点に位置する各画素で行わない方式の検討も進められている。すなわち、光変調などの処理については画素部以外の部分にて行い、これを所望の位置まで導光した後に出光させる方式である。本構成を用いることにより、光導波路へ全反射条件を満たすように光源より入射された光は、例えば光取出素子の変位などによりその出光位置を光導波路内の一部領域にて規定できるようになる。また、本方式によれば各画素部の役割は、所望の強度に調整された光の導波と光取出の選択に軽減できることになる。

例えば、特許文献１においては、各画素に光源や光バルブなど光変調素子を設けるのではなく、光源に付随する強度変調器を用いて光変調を行い、これを所望の画素位置まで導光した後、画素位置にて光取出を行う手法が提案されている。すなわち、光源にて強度調整された光を、光導波路であるコアとクラッドの全反射条件下における導光により所望の位置まで伝送した後、その位置でのコア材料の屈折率を変化させて光取出を行うものである。コア材料の屈折率を電界印加により部分的に変化させることにより、コアとクラッドの全反射条件を満たさない領域となる。このため、全反射条件を満たさない領域では、導波された光が光導波路であるコアから出射することになる。

特開平１−１８５６９２号公報

しかしながら、光ファイバに類似した構造である１次元の光導波路構造の、集積体からなる表示装置においては、表示のための走査駆動が必要である。上述したディスプレイデバイス構造では
走査は光導波路に対して電界を印加して屈折率を変化させることにより走査位置が決定される。良好な表示性能を維持するためには、適時性に優れた屈折率変化が要求される。

また、走査は光導波路への接触と非接触の選択により走査位置を決定するため、非選択時は、光導波路と走査線と間の非接触状態をスペーサで規定しなければならない。このため、走査線の選択時に変位可能量に応じて、光導波路と各信号線との空隙制御をスペーサによって、厳密に行う必要があるため構造形成のためのスペーサの高さ制御など製造上厳密な制御が必要となる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成で、表示特性を向上させることができる表示装置及びその駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明の一態様は、複数の光源と、前記光源からの光を導波する複数の光導波路と、前記光導波路と交差するように配列された複数の走査線と、前記光導波路と前記走査線との交差部に前記走査線からの電気信号により前記光導波路内を導波する前記光を外部へ取り出す複数の光取出素子と、前記走査線を前記光の導波方向と逆の方向に駆動する走査線駆動部とを具備する表示装置を提供する。

また、この発明の他の態様は、複数の光源と、前記光源からの光を導波する複数の光導波路と、前記光導波路と交差するように配列された複数の走査線と、前記光導波路と前記走査線との交差部に前記走査線からの電気信号により前記光導波路内を導波する前記光を外部へ取り出す複数の光取出素子とを備える表示装置を駆動する方法であって、前記走査線を前記光の導波方向と逆の方向に駆動する駆動方法を提供する。

したがってこの発明によれば、簡易な構成で、表示特性を向上させることができる表示装置及びその駆動方法を提供することができる。

本実施形態に係る表示装置の構成例を示す図。本実施形態の表示装置における画素配置構成例を示す図。導光時における光取出素子の動作を模式的に示す図。導光時における光取出素子の動作を模式的に示す図。走査時における光取出素子の動作を模式的に示す図。走査時における光取出素子の動作を模式的に示す図。複数の光取出素子が並列配置された場合の動作を模式的に示す図。本実施形態の表示装置における光取出動作の模式例を示す図。本実施形態の表示装置における光取出動作の模式例を示す図。本実施形態の表示装置における光取出動作の模式例を示す図。通常の表示装置における走査時の光取出動作を模式的に示す図。本実施形態の表示装置における走査時の光取出動作を模式的に示す図。光学的応答遅れが生じる場合の駆動波形例を示す図。光学応答遅れの少ない場合の駆動波形例を示す図。変形可能な光機能層を用いた光取出素子の動作を模式的に示す図。本発明における表示システム構成例を示す図。映像信号の画素配置を示す図。通常の映像信号の信号列を示す図。走査反転処理回路による変換後の信号列を示す図。表示画像の一例を示す図。走査反転処理回路の処理例を示す図。本実施形態に係る表示装置の他の構成例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の構成例を示す。本表示装置は、光信号を導入するための光源１４と、光源１４から光を導波するための導光体１２と、表示のための走査線１１と、走査線１１を操作するための走査給電線１３と、走査線１１と導光体１２の各交点に配置された光取出素子１５と、光源１４と導光体１２とを接続するコネクタ１６と、光源１４及び走査線１１を駆動する駆動回路１０とを備える。すなわち、本表示装置においては、光源１４からの光信号を、導光体１２を通して伝播し、走査選択位置において、走査線１１に例えば電圧印加を行うことにより光取出素子１５を動作させることにより導光体１２から光信号を表示面に取り出す。なお、ここで光取出素子１５とは、後述するように本実施形態では走査線１１からの電気信号により、例えば変位による部材の接触と非接触の制御により導光体１２の屈折率を変化させることが可能な素子である。また、図１に示すように、この駆動回路１０は、走査線１１を光源１４からの光信号の伝播方向と逆の方向、つまり光源１４から遠い側から順次駆動する。

図２は、図１に示す表示装置における１つの導光体１２を示している。例えば、光源１４から近い方から１１＿１，１１＿２，１１＿３，・・・と走査線１１に番号をつけた場合、導光体１２と各走査線１１の交点に配置されている各光取出素子１５＿１，１５＿２，１５＿３，・・・を画素１，画素２，画素３，・・・と設定することが可能である。したがって、図１における各導光体１２に図面左側から１２＿１，１２＿２，１２＿３，・・・と導光体１２番号をつけたと仮定すると、１２＿１，１２＿２，・・・，１２＿ＸにてＸ側を定義し、１１＿１，１１＿２，・・・，１１＿ＹにてＹ側が定義されるため、（Ｘ，Ｙ）の光取出素子がそれぞれマトリックスを構成することになる。このため、本表示装置は光信号と電気走査のマトリックス表示が可能となる。

図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂは本実施形態で用いた光取出素子１５の動作について模式的に示した図である。図３Ａ及び３Ｂは走査状態ではない、すなわち、光取出動作を行わない状態での導光体１２の長手方向に沿う断面図及び導光体１２の長手方向と直交する方向に沿う断面図を示している。図４Ａ及び４Ｂは走査状態、すなわち、光取出動作を行う状態での導光体１２の長手方向に沿う断面図及び導光体１２の長手方向と直交する方向に沿う断面図を示している。

本実施形態では、光取出素子１５として光機能層を付与した変位素子を用いる。これは変位素子により、光機能層の導光体１２への接触及び非接触を制御して導光体１２における全反射条件を変化させることにより光取り出し動作を行うものである。したがって、光機能層としては、例えば、表面に屈折率の高い透明な材料や微小なプリズム構造を設けたものなどがある。本実施形態では、光機能層として、アルミニウム（Ａｌ）薄膜上に散乱粒子を含む層を介して表面に光源の波長域に対して比較的透明な屈折率の高い材料、例えば屈折率が１．６５程度のエポキシ系樹脂を塗布したものを用いた。これは、本表示装置が光取出素子１５の設置位置とは反対側、すなわち、導光体１２の表面側を表示面としたためであり、導光体１２から取り出した光をＡｌ薄膜の表面にて反射させて光を取り出す方式のためである。ただし、本発明は、この反射型に制限されるものではなく、光取出素子１５側を表示面とする方式でも適応可能である。これに対して導光体１２に関しては、プラスチック光ファイバと同様に、光取出素子が作用しない部位に低屈折率材料であるフッ素系樹脂で覆った屈折率が１．４９程度のアクリル系樹脂材料を用いた。

図３Ａ、３Ｂにおいては、光機能層は変位素子の変位状態により導光体１２に接していないため、導光体１２内を全反射しながら伝播する光は光取出素子１５にて全反射条件を満たしたまま導光体１２内を伝播することになる。これは、光機能層と導光体の空隙は屈折率が約１程度の大気に覆われているため、全反射条件を維持できるためである。これに対して、図４Ａ、４Ｂにおいては、光機能層と導光体１２とが接しているため、導光体１２と光機能層との界面において全反射条件が崩れて屈折により、導光体１２内を伝播していた光は光機能層側に導波されて、その後散乱粒子による光散乱やアルミニウム表面による反射により取出光とすることが可能である。

図５は、本表示装置の原理を示すものとして、複数の光取出素子１５＿１、１５＿２、１５＿３が並列配置された場合の動作を模式的に示している。なお、図５は、導光体１２の長手方向に沿う断面図を示している。ここでは、導光体１２に導波する光を、光取出素子１５＿１は５０％、光取出素子１５＿２は１００％、光取出素子１５＿３は５０％で取り出す状態であるとする。なお、導光体１２内を導波する光は、光取出素子１５＿１〜１５＿３において全反射条件を満たさず、それ以外の導光体部位では全反射条件を満たすように導入したものとする。

光源１４から出射した光は導光体１２を、全反射条件を満たしながら導波し、光取出素子１５＿１〜１５＿３において光取り出しを行うことになる。このとき、光取出素子１５＿２に着目した場合、すでに光源１４に近い光取出素子１５により、光源１４からの全反射条件を満たす光量のうち、５０％が光取出素子１５＿１において減光されていることになる。したがって、光取出素子１５＿２においては、光源１４に近い導光体１２内の光量の５０％しか出射できないことになる。一方、光取出素子１５＿３においては、すでに光取出素子１５＿２において、出射可能な光がすべて光取出素子１５＿２において、出射されているため、光取出素子１５＿３が５０％の出光状態であったとしても、光取出素子１５＿３から取り出される光量はほぼ零となる。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに、本表示装置における光取出動作の模式例を示す。図６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、ある導光体１２の長手方向に沿う断面図である。図６Ａは、信号光を発生する光源１４と、上記光源１４からの信号光を導波するための導光体１２とを備え、この導光体１２から光を取り出すための光取出素子１５＿１〜１５＿ＹがＹ画素数分配列された構成を示している。例えば、図６ＢのようにＹ番目、すなわち、光源１４から見て最も遠い位置に配置された光取出素子１５においてのみ光取出動作を行う場合には、光取出素子１５＿１から光取出素子１５＿Ｙ−１までは、導光状態を維持しているため、導光体１２における減衰や散乱などを除いて、導光体１２内の光量は光取出素子１５＿Ｙまで到達できることになる。

ここで、図６Ｃにおける導光体１５に付随する光源側から数えてＮ番目の光取出素子、（以降、これを１５＿Nと記述する）が光取出動作状態、すなわち、走査選択時であると仮定する。ここで、従来の走査型表示装置において行われるように、表示走査選択を光源１４から近い側から順次行うものと仮定すると、光取出動作は図７Ａのように模式的に示すことができる。この時、１つ前の走査位置となる光取出素子１５＿Ｎ−１については、光取出素子１５＿Ｎよりも光源１４に近い位置に配置されることになるため、光取出素子１５＿Ｎ−１において選択後に光学的な応答の遅れが生じる場合には、図７Ａ中の破線に示すように漏光が発生する。

これに対して、図７Ｂに示すように、走査選択を光源１４から遠い側から行うようにした場合、１つ前の走査位置となる光取出素子１５＿Ｎ＋１については、光取出素子１５＿Ｎ＋１において選択後に光学的な応答の遅れが生じる場合でも、光取出素子１５＿Ｎにおいて、光取出可能な光量のほとんどが出射されるため、上記図７Ａと比較して漏光量を十分に抑えることが可能である。本効果は光取出素子１５＿Ｎ＋１だけに留まらず、光取出素子１５＿Ｎ＋２，光取出素子１５＿Ｎ＋３，・・・，光取出素子１５＿Ｙまでに至るすべてにおいて光学的応答遅れが生じた場合でも、同様の効果が期待できる。

図８は、光取出素子１５の光学的応答遅れが生じる場合の駆動波形例を示している。なお、この光取出素子１５は、電圧印加により光学応答するものとする。例えば、光取出素子１５は、図８に示すようにｔ１−ｔ２期間の電圧パルスが印加されると、ｔ１−ｔ３期間にわたる光学的応答を示す。この場合、ｔ３−ｔ４期間が光学的応答の遅れ、すなわち、走査線による電気信号との相違が発生することになる。これにより、コントラストの低下などの表示特性の劣化が発生する。ゆえに、一般的には、表示装置における光取出素子は、図９に示すように駆動電圧パルスと光学的応答ができるだけ一致する、すなわち、ｔ１−ｔ２期間、及び、ｔ３−ｔ４期間ができるだけ短い方が望ましいが本実施例に示す変位による光取出動作を行う場合には、変位応答による遅れを回避することが難しい。

図１０は前述した変位による応答遅れについて生じる要因を模式的に示したものである。すなわち、図３Ｂにおける光機能層について、柔軟性を有する高屈折率透明樹脂を光取出素子１５の表面に用いた構成例である。本構成の光機能層を光取出素子１５として用いた場合、変位素子から印加される応力に応じて、導光体１２と光取出素子１５との間の密着性を向上することができる。すなわち、光機能層が導光体１２形状に応じて容易に変形可能なため、空隙なく密着が可能であると同時に、光機能層と導光体１２の接触面積を増大させることが可能となるため、光取り出しに寄与する領域を増大させることができる。これは、例えば面積割合などで、導光体１２内を伝播する光の取出効率を高めることができるため、表示装置としては利点となる。しかしながら、光取り出し停止時、すなわち、変位素子が導光体１２から離れる際には、光機能層が塑性変形するため、変位素子動作と比較して光機能層が導光体１２から離れるためには遅れが生じることになる。つまり、図８に示すようなｔ３からｔ４間の光学的応答遅れが発生することになるが、本実施形態を適用することで、この光学的応答遅れによる表示特性の劣化を回避することが可能となる。

図１１は、本実施形態に係る表示装置を、例えばテレビ受像機などのシステムに適用した構成例を示している。このシステムは、表示パネル１と、電源回路２と、画像処理回路３と、走査反転処理回路４と、メモリ５とを備える。表示パネル１は、例えば上記図１に示した表示装置に相当する。電源回路２は、表示パネル１、画像処理回路３、及び走査反転処理回路４に駆動電力を供給する。画像処理回路３は、通常の走査方向に対応する順序で入力される映像信号をフレーム毎にメモリ５に展開する。走査反転処理回路４は、メモリ４に展開された画像信号を、上記通常の走査方向と逆の方向に対応する順序に反転して表示パネル１に出力する。なお、画像処理回路３と走査反転処理回路４は同期信号によって処理の同期がとられている。このようにすることで、図１の駆動回路１０は、走査線１１の駆動順序に対応して、光源１４からの光信号の伝播方向と逆の方向に対応する順序の映像信号に従って駆動することが可能となる。

すなわち、通常の表示装置において、図１２に示すようなＸ×Ｙ画素を有する映像信号では、図１３Ａに示すように信号列が１行目からＹ行目の順序で設定されている。これに対して、本実施形態では、走査反転処理回路４は、上記図１３Ａの映像信号の信号列を、図１３Ｂに示すようにＹ行目から１行目の順序になるように反転する。例えば、図１４に示すような３×３画素を有する２値画像を本表示装置に表示する場合、走査反転判定処理回路４は、図１５の上段に示すような通常の形式の信号列を、図１５の下段に示すような信号列に反転して表示パネル１に出力する。この走査反転処理回路４を付加することにより、通常の映像ソースを加工せずにそのまま本表示装置に導入することが可能となる。

また、上記表示装置において、さらに、駆動回路１０は、光源１４に最も近い走査線１１の走査後にブランク期間を挟んで次の走査線を駆動するようにすると良い。このようにすることで、光源１４に最も近い光取出素子１５である光取出素子１５＿１の動作後、つまり、光源１４に最も近い走査線１１の走査後の光学応答遅れを緩和することができる。駆動回路１０は、映像情報の１フレーム間である光取出素子１５＿Ｙの走査から光取出素子１５＿１までの走査までを行った後、図８におけるｔ４−ｔ３期間以上の走査ブランク時間を導入する。これにより、走査ブランク時間に光取出素子１５＿１は光学応答遅れを回復させることができるため、次の映像情報のフレームに移り再度光取出素子１５＿Ｙを走査する際には、導光体１２を導波する光量は、光取出素子１５＿１における漏光による影響を回避できることになる。

なお、前述したブランク時間については、光取出素子１５＿１の場合だけでなく、それ以外の光取出素子間にも適応可能である。例えば、光取出素子１５の光学的応答遅れを緩和するために、駆動回路１０は、走査線１１をいずれの走査も行わないブランク期間を挟んで順次駆動するようにしても良い。図８におけるｔ４−ｔ３期間が、走査期間と比較して極めて短い場合には、各走査期間後にｔ４−ｔ３期間以上に相当するブランク期間を導入することにより漏光の低減を図ることができる。

なお、本発明は図１に示す形態に限られることなく、例えば図１６に示すように、図１中の駆動回路１０に代えて、走査線を駆動する走査駆動回路１７と、光源１４を駆動する光源駆動回路１８とを別々に設けても良い。

さらに、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…駆動回路、１１…走査線１１、１２…導光体１２、１３…走査給電線、１４…光源、１５…光取出素子、１６…コネクタ、１…表示パネル、２…電源回路、３…画像処理回路、４…走査反転処理回路、５…メモリ、１７…走査駆動回路、１８…光源駆動回路。

Claims

複数の光源と、
前記光源からの光を導波する複数の光導波路と、
前記光導波路と交差するように配列された複数の走査線と、
前記光導波路と前記走査線との交差部に配置され、前記走査線からの電気信号により前
記光導波路の断面形状に応じて変形可能に前記光導波路と接触することで前記光導波路内
を導波する前記光を外部へ取り出す複数の光取出素子と、
前記走査線を前記光の導波方向と逆の方向に駆動する走査線駆動部と
を具備することを特徴とする表示装置。
前記走査線駆動部は、前記光源から遠い走査線から順に駆動することを特徴とする請求
項１記載の表示装置。
前記走査線駆動部は、前記走査線を走査選択後に所定のブランク期間を挟んで順次駆動
することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記走査線駆動部は、前記光源に最も近い走査線を駆動した後に、ブランク期間を挟ん
で次の走査線を駆動することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記導波方向に対応する順序で入力される映像信号を前記逆の方向に対応する順序に反
転する反転部と、
前記光源を前記逆の方向に対応する順序の映像信号に従って駆動する光源駆動部と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記光導波路は、略円形断面を有することをさらに特徴とする請求項１記載の表示装置
。
複数の光源と、前記光源からの光を導波する複数の光導波路と、前記光導波路と交差す
るように配列された複数の走査線と、前記光導波路と前記走査線との交差部に配置され、
前記走査線からの電気信号により前記光導波路の断面形状に応じて変形可能に前記光導波
路と接触することで前記光導波路内を導波する前記光を外部へ取り出す複数の光取出素子
とを備える表示装置を駆動する方法であって、
前記走査線を前記光の導波方向と逆の方向に駆動することを特徴とする駆動方法。
前記光源から遠い走査線から順に駆動することを特徴とする請求項７記載の駆動方法。
前記走査線を走査選択後に所定のブランク期間を挟んで順次駆動することを特徴とする
請求項７記載の駆動方法。
前記光源に最も近い走査線を駆動した後に、ブランク期間を挟んで次の走査線を駆動す
ることを特徴とする請求項７記載の駆動方法。
前記光の導波方向に対応する順序で入力される映像信号を前記逆の方向に対応する順序
に反転し、
前記光源を前記逆の方向に対応する順序の映像信号に従って駆動すること
をさらに特徴とする請求項７記載の駆動方法。
前記光導波路は、略円形断面を有することをさらに特徴とする請求項７記載の駆動方法
。