(57)【要約】フラットパネルディスプレイは、赤外レーザのようなコリメート光源により照射されるプロジェクタ（２１−２３）と、光線の伝播軸に沿ってある距離に該光線を放つ導波路（１）と、該距離はパネルの縁部への入射角に関係付けられることと、投影された画像を伝播軸と垂直なパネルの面における幅の大きさに拡大するための入力厚板（３）と、赤外光を可視光に変換する蛍光体出力スクリーンとからなる。導波路内において単色光を使用することにより散乱の問題を低減し、各々が異なる角度で進入する三つ組からなるプロジェクタを使用することによりレジストレーションが比較的簡単にできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外レーザ（１０）のようなコリメート光源により照射されるプロジェクタ（２ａ，１２；２１−２３）と、
光線の伝播軸に沿ってある距離にて該光線を放射する導波路（１）と、該距離は前記導波路の縁部への入射角に関係付けられることと、
投影された画像を、前記伝播軸と垂直なパネルの面における寸法に拡大するための手段（３）と、
赤外光を可視光に変換する出力スクリーン（７）と、
を備えるフラットパネルディスプレイ。
【請求項２】
前記導波路（１）は透明な材料からなるテーパ状の厚板である請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項３】
前記出力スクリーン（７）は前記厚板の一方の面上、又は一方の面の付近に配置された蛍光体シートである請求項２に記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項４】
前記蛍光体は前記厚板に沿った伝播方向と平行なカラム状のＲＧＢ蛍光体であり、かつ前記プロジェクタは異なる面内角度にて進入する３つの対応するカラープロジェクタを有する請求項３に記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項５】
各プロジェクタからの光を対応する蛍光体のカラムへ集光するための手段（１４）を更に備える請求項４に記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項６】
前記蛍光体に近づく光が、例えば、一組の円筒状マイクロレンズ（１３）により集光され、対応するスリットを介して列方向に通過し、それにより前記蛍光体から後方へ発せられる光が前記導波路システム中へはほとんど戻ることのない請求項４又は５に記載のフラットパネルディスプレイ。
【請求項７】
前記プロジェクタ又は各プロジェクタは赤外レーザであり、かつ前記蛍光体はアップコンバート蛍光体である請求項２乃至６のいずれか一項に記載のフラットパネルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、レーザダイオードを使用してマイクロディスプレイからテーパ状パネルへ画像を投影するためのフラットパネルディスプレイを形成する方法に関する。
【０００２】
我々の周辺視野の迅速な反応を刺激するのに十分な大きさのスクリーンを備えたフラットパネルディスプレイは画像に即時性を与えるが、それのみならず、平面状であるために部屋の壁に容易に取り付けることができる。しかしながら、従来のフラットパネルディスプレイのサイズは、列と行との透明導電体の抵抗／コンデンサ時定数と、リソグラフィがトランジスタを形成するのに十分に精密である領域とにより制限されていた。スクリーンの対角線が１メートル以上であるアクティブマトリックス液晶ディスプレイの製造に要する費用は非常に高く、それより安いプラズマディスプレイでさえもほとんどの用途に対しては高価すぎるものである。しかしながら、費用はその大きさに伴いかなり削減でき、ビデオのプロジェクタにおいて使用される２インチ×２インチ（５ｃｍ×５ｃｍ）の液晶ディスプレイは比較的安価であり、一方、指の爪ほどの大きさのマイクロディスプレイは、わずか数ドルの費用となることが確実視されている。
【０００３】
ビデオプロジェクタは、２次元ディスプレイと、投射レンズと、透光性スクリーンとからなり、投射レンズは透光性スクリーン上に２次元ディスプレイの拡大画像を形成し、該画像はほとんど所望の大きさとすることができる。ビデオプロジェクタは安価であるためかなり出回りつつあるが、該プロジェクタが透光性スクリーンの前に向けられた場合、該プロジェクタはしばしば見る人の邪魔になるか、あるいは見る人が投射された光に対して邪魔になることがある。更に、部屋の明かりを薄暗くしない限り、スクリーンは投影された画像とともに背景の光をも散乱するので、画像がぼやけて見える。代わりに、プロジェクタをスクリーンの背面に配置することができ、それにより見る人とスクリーンの間には邪魔するものが存在せず、スクリーンも背面に入射する光のみを散乱することとなるが、背面投影ディスプレイは嵩高くなる。
【０００４】
最近、ビデオプロジェクタと一方向に向かって先細になったガラス製シートとからなるテーパ状ディスプレイがＰＣＴ出願（出願番号：ＰＣＴ／ＧＢ０１／０１２０９）において開示された。ビデオプロジェクタ自体は、ほぼコリメートな（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）照射源と、マイクロディスプレイと、集光レンズと、投射レンズとから構成され、光線は投射レンズから放出された時、狭い胴部（ｗａｉｓｔ）を形成する。この時点で、光線はガラス製テーパ状シートの幅厚側の端部へ進入する。光線がテーパ状ガラスシートの幅厚側の端部へ放たれた場合、テーパ部の一つの面に対して測定された面外角度は、該テーパ部の該一つの面と相対向する面を離れて光線が反射する時間ごとに変化する。最終的には、光線はテーパ部に沿って十分遠くまで伝播されると、面外角度は臨界角より大きくなり、この時点で光はテーパ部から離れて行く。従って、光線がテーパ部から離れて行くまでのガラス製テーパ状シート中での距離は、光線が入射される角度によって決定される。この様にして、マイクロディスプレイ上のピクセルの２次元配列は、テーパ状導波路の面上においてピクセルの２次元配列に対して１対１で写像される。光線が臨界角に達する場合、光の全てがスクリーンから確実に離れるために、反射防止コーティングが必要である。なぜならば、もしコーティングがされていなければ、画像の隣接する列間においてぼやけが生ずるからである。
【０００５】
テーパ状ディスプレイは、リアスクリーン投影ディスプレイの利点の多くを共有しているが、インコーヒレント白色光源からの照明と比較してレーザ照明を用いた方がより良好に作用する。これは、第１に白色光がコリメートしないためであり、第２に該白色光が多くの導波路からなるために反射防止コーティングをより複雑に施す必要があり、より高価となるからである。赤、緑及び青のレーザはより強力かつ安価になりつつあるが、数年間の間はアーク光よりは高価であると思われる。わずか３つの導波路に対してのみ設計されるコーティングでさえも複雑である。
【０００６】
近年、変調された９７５ｎｍの赤外レーザからのビームが、光を吸収し、かつ可視波長にて蛍光を発したドーパントイオンにエネルギーを移すＹｂ３＋イオンのスクリーンを横切って走査されるビデオディスプレイを製造する方法が、Ａ　Ｒａｐａｐｏｒｔ、Ｆ　Ｓｚｉｐｏｃｓ、Ｊ　Ｍｉｌｌｉｅｚ、Ｈ　Ｊｅｎｓｓｅｎ、Ｍ　Ｂａｓｓ、Ｋ　Ｓｃｈａｆｅｒ及びＫ　Ｂｅｌｆｉｅｌｄらによる「Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　Ｗｒｉｔｔｅｎ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｕｐ−Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｅａｒ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｌｉｇｈｔ」（情報ディスプレイ学会による第２０回国際ディスプレイリサーチ学会抄録）に開示された。赤外レーザダイオードは、強力かつ比較的安価であり、赤色、緑色及び青色の放出は、高い光学的効果の可能性を備えたＮａＹＦ４ホストにおいてＴｍ３＋イオン、Ｈｏ３＋イオン及びＥｒ３＋イオンをそれぞれ用いて示されるが、投影される画像の経路は太くなっている。
【０００７】
本発明によれば、赤外レーザのようなコリメート光源により照射されるプロジェクタと、光線の伝播軸に沿ったある距離から該光線を放つ導波路と、該距離はパネルの縁部への入射角に関係付けられることと、好ましくは該プロジェクタと該導波路との間に配置されるとともに投影された画像を幅方向（即ち、伝播の軸と垂直であるパネルの面における寸法）に拡大するための手段と、赤外又はその他の光源を可視光に変換する出力スクリーンとを備えるフラットパネルディスプレイが提供される。
【０００８】
本発明を用いると、楔形の導波路に対する入力装置として十分適合されるとともに、フルカラーの画像を得ることのできる単一の、安価で、かつ強力なレーザを使用することが可能となる。出力スクリーンは蛍光体材料から形成されており、それは、カラー画像に対するＲＧＢピクセルにおいて全ての方向に均一に発することができる利点を有し、かつ容易に視認可能な画像を提供する。赤外光は、ほとんどの有用なガラス材料及びプラスチック材料が該赤外光を透過することから有効である。単色光又は狭い波長域の光は、散乱のないこと、及び反射防止コーティングのようなコーティングが非常に容易であることから有効である。
【０００９】
本発明を更に理解するために、実施形態を、添付した図面を参照して実施例の様式にて以下に記載する。
【００１０】
図１は、入射における面外の角度に依存した位置において、テーパ状パネルから光が逸れる原理を示す。この原理は、フラットパネル２次元ディスプレイを製造するために、ＰＣＴ／ＧＢ０１／０１２０９において使用されている。
【００１１】
図２において、赤外レーザダイオード１０からのビームは、反転したテレスコープレンズ対（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ ｐａｉｒ ｏｆ ｌｅｎｓｅｓ）１１、１２により拡大され、マイクロディスプレイ２ａと集光レンズ２ｂからなるビデオプロジェクタを通過する。次いで、ミラー６によって反射され、かつ変調された光線はガラス製又は透明なプラスチック製の楔形の厚板３の縁部に進入し、ガラス／空気の界面にて全内反射することにより該厚板に閉じ込められる。光線は該厚板の面内を伝播し、それにより光束は該厚板３の端部に到達するまでに該厚板３の幅まで拡大する。次いで、光線は、前面が銀でメッキされた一対の鏡５ａ、５ｂの間であって厚板の各面上に挟まれた円筒状レンズ４によって選択的にコリメートされ、ガラス製テーパ状シート１の幅厚側の端部に進入する。このガラス製テーパ状シート１の前面（図面において視認できる側）は、レーザダイオード１０の波長が調整される反射防止コーティング剤でコーティングされており、それにより光線は臨界角に達すると同時にテーパ状シート１から離れて、アップコンバート（ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ）蛍光体のシート７に入射し、マイクロディスプレイにより変調されたパターンの可視光にて拡大画像を生成する。
【００１２】
カラー画像であることが望ましく、そのために、蛍光体スクリーン７は、赤、緑及び青のアップコンバート蛍光体のモザイクでパターン化され、かつマイクロディスプレイはこれらをレジスタ（ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ）し、それにより一つの色又は別の色が制御可能に照射される。しかしながら、このためにマイクロディスプレイ及び蛍光体スクリーンの正確なレジストレーションが必要となる。これに代えて、シャドーマスクを陰極線管に対して用いられる場合と同様の方法において使用できるが、これは光を浪費する。
【００１３】
図３は、各々が赤外レーザダイオード（図示しない）により照射された３つのマイクロディスプレイ２１、２２、２３が一組のレンズを介して、各色をスクリーン７上にどのように制御するかを示す。マイクロディスプレイ２１、２２、２３の各々から発する光線は厚板６を介して上方へ投射され、円筒状レンズ４にてコリメートされ、それにより各マイクロディスプレイからの光線は同一の平面内角度を有するが、該角度は、他のマイクロディスプレイからの光線に対する角度とは異なる。その結果、該光線が楔形の部分１に出現した時、任意のマイクロディスプレイからの光線は、識別可能な方位角を有するであろう。一連のプリズム１９が光線を水平面（即ち、厚板に垂直である面）に曲げ、垂直に並んだ円筒状マイクロレンズのアレイ１４が、垂直なカラムにおける組になった地点に光線を集光するために使用される。アップコンバート蛍光体の一つの色はこれらの組になった地点に置かれた。次に、その他のマイクロディスプレイにも同様の動作を繰り返し、それによりマイクロディスプレイ２１は蛍光体１８を変調し、マイクロディスプレイ２２は蛍光体１７を変調し、マイクロディスプレイ２３は蛍光体１６を変調する。
【００１４】
蛍光体は全ての方向に光を放ち、スクリーンの背面へ向かって放たれた光が前面に向かって戻るように反射されることが好ましい。しかしながら、簡単な鏡を蛍光体の背後に置いた場合、該蛍光体に照射することを意図された赤外光も反射するであろう。一つの解決策としては、赤外光を透過するとともに可視光を反射するダイクロイックミラーの使用が考えられるが、ダイクロイックミラーは高価である。これに代えて、図３はプリズム１９の間において水平に配置された円筒状マイクロレンズアレイ１３と、ミラー１５の水平なスリットを介して入射する赤外光を集光する垂直なレンズ１４とを示す。これらのスリットは非常に小さいので、蛍光体からの可視光のほとんどは、スクリーンの前面に向かって戻るように反射される。
【００１５】
図４は、蛍光体スクリーンの一つのＲＧＢカラーピクセルの拡大図を示す。ＲＧＢ蛍光体は、Ｒａｐａｐｏｒｔらによって記載されたタイプのものであり得る。しかしながら、それらはまた紫外線照射によっても励起され得る。紫外線レーザは依然として高価であり、かつ弱いものではあるが、水銀放出ランプは狭い線状の幅の光を放出し、かつ非常に小さな穴から放出されるので、放物面ミラーで適度にコリメートされ得ることを明記したい。従来の蛍光体はこの紫外光を可視光に変換するために使用可能であり、図２、３及び４に示した配置はまた紫外光においても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光線のテーパ状導波路に沿って伝播する距離が、該光線が入射した際の角度によって如何に決定されるかを示す。
【図２】アップコンバート蛍光体のスクリーンと赤外レーザダイオードにより照射されたテーパ状ディスプレイが可視画像を提供する方法を示す。
【図３】３つのビデオプロジェクタの各々が、３組の蛍光体のうちの一つの組からピクセルを照射するために使用される方法を示す。
【図４】図３の蛍光体システムの拡大図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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