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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-02
(45)【発行日】2024-12-10
(54)【発明の名称】バックプレーンの構造および動作
(51)【国際特許分類】
G09G 3/32 20160101AFI20241203BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20241203BHJP
【ＦＩ】
G09G3/32 A
G09G3/20 611A
G09G3/20 612E
G09G3/20 621F
G09G3/20 624B
G09G3/20 641D
G09G3/20 641Q
G09G3/20 680H
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2021542316
(86)(22)【出願日】2020-01-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-25
(86)【国際出願番号】 US2020014050
(87)【国際公開番号】W WO2020154190
(87)【国際公開日】2020-07-30
【審査請求日】2023-01-17
(31)【優先権主張番号】62/796,394
(32)【優先日】2019-01-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/739,740
(32)【優先日】2020-01-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】502208397
【氏名又は名称】グーグル エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】Ｇｏｏｇｌｅ ＬＬＣ
【住所又は居所原語表記】１６００ Ａｍｐｈｉｔｈｅａｔｒｅ Ｐａｒｋｗａｙ ９４０４３ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ， ＣＡ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヘ、ガン
【審査官】武田 悟
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２０２７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５２６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２２３１３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１８９４４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３９９３５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０６４６９５３９（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許第０６５２５７０９（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２００５－３００８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１２９４７４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｇ ３／００ － ３／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ディスプレイ内の発光素子を駆動するためのバックプレーンに含まれるバックプレーンユニットセルであって、選択信号に基づいて、データ信号を選択するように構成された第１のスイッチと、
前記第１のスイッチに連結され、前記第１のスイッチによって選択された前記データ信号に応答して、前記データ信号の値を記憶するように構成された記憶素子と、
前記第１のスイッチに連結され、前記記憶素子に記憶された前記値と基準信号の値との比較に基づいて出力を生成するように構成された比較器と、
前記比較器に連結され、前記比較器の前記出力を受信して、前記比較器の出力に従って電力信号を選択するように構成された第２のスイッチとを備え、前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチによって選択された前記電力信号に応答して、前記電力信号を制御入力信号として電源に提供するように構成されており、
前記バックプレーンユニットセルは、さらに、
前記ディスプレイ内の前記発光素子のうちの選択された１つの発光を制御するように、前記電力信号に基づいて駆動信号を生成するように構成された前記電源を備え、
前記電源は、電流源または電圧源であり、
前記基準信号は非線形信号または劣線形信号であり、前記電力信号は非線形信号または超線形信号である、バックプレーンユニットセル。
【請求項2】
前記基準信号は、前記バックプレーンユニットセルを含む、前記バックプレーン内の複数のバックプレーンユニットセルに提供される包括的な基準信号である、請求項１に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項3】
前記電力信号は、前記バックプレーンユニットセルを含む、前記バックプレーン内の複数のバックプレーンユニットセルに提供される包括的な電力信号である、請求項１または２に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項4】
前記記憶素子は、少なくとも１つのコンデンサを備えている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項5】
前記記憶素子は、前記スイッチで次のデータ信号を選択する次の選択信号に応答して、次の値が記憶されるまで、前記データ信号の前記値を記憶するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項6】
前記データ信号は、バックプレーン列選択信号であり、前記選択信号は、バックプレーン行選択信号である、請求項１～５のいずれか１項に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項7】
前記発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、前記電源は、前記ＬＥＤを駆動するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項8】
前記ＬＥＤは無機ＬＥＤである、請求項７に記載のバックプレーンユニットセル。
【請求項9】
ディスプレイ内の発光素子を駆動するためにバックプレーンに含まれるバックプレーンユニットセルを動作させる方法であって、前記バックプレーンユニットセル内で、選択信号に応答してデータ信号の値を記憶素子に記憶する工程と、
前記バックプレーンユニットセルにより、前記記憶素子に記憶された前記値と基準信号の値を比較して、前記比較の出力を生成する工程と、
前記バックプレーンユニットセルにより、前記比較の出力に基づいて電力信号を選択して制御入力信号として電源に供給する工程と、
前記バックプレーンユニットセルの前記電源により、前記ディスプレイ内の前記発光素子のうちの選択された１つのための駆動信号を生成する工程を含み、
前記駆動信号は、前記電力信号に基づいて生成され、前記選択された発光素子の１つまたは複数の動作特性を調整するように構成されており、
前記基準信号は非線形信号または劣線形信号であり、前記電力信号は非線形信号または超線形信号である、方法。
【請求項10】
前記選択信号は、前記ディスプレイのフレーム動作に連動している、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
次の選択信号を受信する工程と、前記バックプレーンユニットセル内で、受信された前記次の選択信号に応答して、データ信号の次の値を前記記憶素子に記憶する工程をさらに含み、
前記選択信号および前記次の選択信号は、前記ディスプレイのフレーム動作に連動している、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記データ信号は、バックプレーン列選択信号であり、前記選択信号は、バックプレーン行選択信号である、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記基準信号は、前記バックプレーンユニットセルを含む、前記バックプレーン内の複数のバックプレーンユニットセルに提供される包括的な基準信号である、請求項９～１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
前記選択された発光素子の前記１つまたは複数の動作特性は、帯域幅、
電流、
ガンマ補正、
およびダイナミックレンジ、のうちの１つまたは複数を含む、請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
前記駆動信号を生成する工程は、前記発光素子の前記１つまたは複数の動作特性を調整するための可変幅を有するパルス信号を生成する工程を含む、請求項９～１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
前記基準信号および前記電力信号は、前記ディスプレイのフレーム動作中であって、かつ前記フレーム動作のための前記データ信号が、前記バックプレーンユニットセルを含む対応するバックプレーンユニットセルに提供された後に、同時に適用される、請求項９～１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本特許出願は、「バックプレーンの構造および動作」と題され、２０２０年１月１０日に出願された米国非仮特許出願第１６／７３９，７４０号、および「バックプレーンの構造および動作」と題され、２０１９年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／７９６，３９４号に基づく優先権を主張し、それらの内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本開示の態様は、一般に、様々なタイプのディスプレイで使用されるバックプレーン、より具体的には、ライトフィールドディスプレイを含む高画素密度ディスプレイを可能にする様々なバックプレーンユニットセル、アーキテクチャ、およびバックプレーンの動作に関連する。
【0003】
多くのディスプレイで見落とされている側面の１つとして、メインディスプレイパネルの画素（画素の配列や個々の光学素子など）を駆動するために使用されるバックプレーン技術がある。バックプレーンは、ディスプレイパネル内の個々の画素のオンとオフを切り替える様々な電子回路および／またはトランジスタの設計、組み立て、または配置であり、したがって、ディスプレイ全体の解像度、リフレッシュレート、および消費電力に重要な役割を果たす。
【0004】
将来のディスプレイの画素数は、現在のディスプレイと比較して大幅に増加することが予想される。これにより、バックプレーン技術における消費電力と全体の帯域幅に課題が生じ、非常に高い解像度および画素数を有するディスプレイの実装が制限されるおそれがある。
【0005】
したがって、高解像度ディスプレイをサポートするために、低消費電力で動作帯域幅の広いバックプレーン技術を実現する技術および装置が求められている。
【発明の概要】
【0006】
このような態様の基本的な理解を得るために、以下に１つまたは複数の態様の簡略化された概要を提示する。この概要は、考え得るすべての態様の広範な概要ではなく、すべての態様の鍵となる要素または重要な要素を特定するものではなく、一部またはすべての態様の範囲を明確にするものでもない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の態様のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
【0007】
本開示の一態様では、ディスプレイ内の発光素子を駆動するためのバックプレーンユニットセルが説明される。このバックプレーンユニットセルは、選択信号に基づいてデータ信号を選択するように構成された第１のスイッチと、前記第１のスイッチに連結され、前記第１のスイッチによって選択された前記データ信号に応答して、前記データ信号の値を記憶するように構成された記憶素子と、前記第１のスイッチに連結され、前記記憶素子に記憶された前記値と基準信号の値との比較に基づいて出力を生成するように構成された比較器と、前記比較器に連結され、前記比較器の前記出力を受信して電力信号を選択するように構成された第２のスイッチと、前記ディスプレイ内の前記発光素子のうちの選択された１つの発光を制御するための駆動信号を生成するように構成された電源を備えており、前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチによって選択された前記電力信号に応答して、前記電力信号を入力として前記電源に提供するように構成されており、前記駆動信号は、前記電力信号に基づいており、前記電源は、電流源または電圧源であってもよい。
【0008】
本開示の他の態様では、ディスプレイ内の発光素子を駆動するための装置が説明される。この装置は、複数のデータ列および複数の行選択を含むアクティブマトリックストポロジーで構成されたバックプレーンと、前記アクティブマトリックストポロジーに関連付けられ、前記バックプレーンを前記ディスプレイに電気的に接続するように構成された電気接点のセットを備えており、前記ディスプレイは、パッシブマトリックストポロジーで構成された複数の発光素子を有している。
【0009】
本開示の他の態様では、ディスプレイ内の発光素子を駆動するためにバックプレーンを動作させる方法が説明される。この方法は、前記バックプレーン内の異なる行を順次選択し、前記バックプレーン内の前記異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、前記バックプレーン内の対応する行が選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程と、前記バックプレーン内のすべての前記異なる行が選択され、前記値が記憶された後、前記バックプレーン内の前記異なる行のそれぞれに関連付けられた発光素子の第１の行への駆動信号の適用を同時に有効にする工程を含み、前記駆動信号は前記記憶された値に基づく。
【0010】
本開示のさらに他の態様では、ディスプレイ内の発光素子を駆動するためにバックプレーンを動作させる方法が説明される。この方法は、前記バックプレーン内の異なる行を順次選択し、前記バックプレーン内の前記異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、前記バックプレーン内の前記対応する行が選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程と、前記バックプレーン内の前記異なる行のうちの１つが選択された後であって、かつ前記対応する値が記憶された後、前記バックプレーン内の前記対応する行に関連付けられた発光素子の第１の行への駆動信号の適用を順次有効にする工程を含み、前記駆動信号は前記記憶された値に基づく。
【図面の簡単な説明】
【0011】
添付の図面は、いくつかの実施形態を例示しているに過ぎず、したがって範囲を限定するものとは見なされない。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
添付の図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書に記載の概念が実施され得る唯一の構成を表すことを意図するものではない。詳細な説明には、様々な概念の十分な理解を目的として具体的な詳細が含まれている。しかしながら、これらの概念がその具体的な詳細がなくとも実施され得ることは当業者には明らかであろう。場合によっては、そのような概念の不明瞭化を避けるために、周知の構成要素はブロック図の形式で示される。
【0030】
上述したように、将来のディスプレイの画素数は、現在のディスプレイよりもはるかに多く、場合によっては桁違いに増えると予想される。このようなディスプレイは、特に消費電力と全体の帯域幅の観点から、最終的に使用されるバックプレーンのタイプに課題が生じる。バックプレーンのこれらの要因により、非常に高い解像度と非常に高い画素数を有するディスプレイの実装が制限される可能性があるためである。適切なバックプレーンを決定する際に検討すべき点として、様々なバックプレーン技術オプションと様々なバックプレーン統合オプションが挙げられる。検討すべきバックプレーン技術オプションには、半導体技術オプション、変調オプション、およびアドレス指定オプションがある。
【0031】
バックプレーン技術オプションに関しては、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、金属酸化物、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、および相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）基板を含む、様々な半導体技術を本開示に関連して検討することができる。これらの半導体技術の中で、ａ－Ｓｉは、最小の最大移動度（例えば、１ｃｍ２／Ｖ・ｓ）、帯域幅（例えば、０．１ＭＨｚ）、共通の設計ルール（例えば、３μｍ）、およびパネルサイズ（例えば、３ｍ）を有する。次に続くのは、金属酸化物（例えば１０ｃｍ２／Ｖ・ｓ、１ＭＨｚ、３μｍ、３ｍ）、ＬＴＰＳ（例えば１００ｃｍ２／Ｖ・ｓ、１０ＭＨｚ、１μｍ、２ｍ）、そしてＣＭＯＳウェーハ（例えば１４００ｃｍ２／Ｖ・ｓ、１０００ＭＨｚ、０．１８μｍ、０．３ｍ）である。加えて、ａ－Ｓｉは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に電流駆動が使用され、金属酸化物、ＬＴＰＳ、およびＣＭＯＳウェーハは発光ダイオード（ＬＥＤ）に電流駆動が使用される。さらに、ａ－ＳｉはＮＭＯＳトランジスタを使用し、比較的低コストで、ファウンドリのサポートが制限されており、通常、アクティブマトリックスＬＣＤ（ＡＭＬＣＤ）ディスプレイアプリケーションに使用される。同様に、金属酸化物は、ＮＭＯＳトランジスタを使用し、比較的低コストで、ファウンドリのサポートが制限されており、通常、大型のアクティブマトリックス有機ＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイアプリケーションに使用される。これに対し、ＬＴＰＳはＣＭＯＳを使用し、比較的中程度のコストで、ファウンドリのサポートが制限されており、通常、モバイルＡＭＯＬＥＤディスプレイアプリケーションに使用される。最後に、ＣＭＯＳウェーハはＣＭＯＳを使用し、比較的高コストで、ファウンドリのサポートが利用可能であり、通常、マイクロディスプレイに使用される。
【0032】
これらの半導体技術のうち、ＬＴＰＳおよびＣＭＯＳウェーハは、バックプレーンの帯域幅と密度の要件に応じて、より柔軟なオプションを提供し得る。例えば、ＣＭＯＳウェーハは、１ＭＨｚ～１，０００ＭＨｚの範囲の帯域幅と、１μｍ～３０μｍの範囲のドライバセルピッチに対応可能である。一方、ＬＴＰＳは、１ＭＨｚ～１５ＭＨｚの範囲の帯域幅と、１０μｍ～１０，０００μｍの範囲のドライバセルピッチに対応可能である。
【0033】
バックプレーンのバックプレーンユニットセルに関連して使用可能な、様々な変調オプションもある。例えば、変調オプションの１つであるアナログ変調（ＡＭ）は、単純な回路を有しており、要求される帯域幅が低く、ＬＥＤを駆動するための電流が可変であり、グレースケールのグラデーションが滑らかで、ちらつきが発生しないという特徴がある。他の可能な変調には、２値コード化パルス幅変調（Ｂ－ＰＷＭ）などのデジタル変調が挙げられる。デジタル変調もまた単純な回路を有しており、要求される帯域幅が高く、ＬＥＤを駆動するための電流が固定であり、場合によってはグレースケールのグラデーションのすじが発生することがあり、ちらつきが発生することもある。さらに他の可能なデジタル変調オプションとして、単一パルス幅変調（Ｓ－ＰＷＭ）がある。単一パルス幅変調は、複雑な回路を有しており、要求される帯域幅が高く、ＬＥＤを駆動するための電流が固定であり、グレースケールのグラデーションが滑らかで、場合によってはちらつきが発生することがある。さらに、本開示は、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）パルス幅変調（ＨＤＲ－ＰＷＭまたはＨ－ＰＷＭ）として説明されるさらに他の可能な変調オプションを提供する。この変調オプションは、非常に複雑な回路を有しているが、Ｂ－ＰＷＭまたはＳ－ＰＷＭよりも要求される帯域幅が低く、低照度でＬＥＤを駆動するための電流が小さく、グレースケールのグラデーションが滑らかで、場合によってはちらつきが発生することがある。バックプレーンユニットセルにおけるこのタイプの変調は、高帯域幅および低消費電力が要求されるディスプレイに有用となり得る。これらの変調オプションについての追加の詳細は、図６Ａ乃至図９Ｃに関連して以下に説明される。
【0034】
さらに、考慮すべき様々なバックプレーンアドレス指定オプションがある。例えば、パッシブマトリックスアドレス指定は画素を行ごとにスキャンし、アクティブマトリックスはすべての画素を同時に駆動する。本開示は、これら２つの方式、すなわちアクティブ方式とパッシブ方式を組み合わせたハイブリッド方式を提供する。これらのアドレス指定オプションについての追加の詳細は、図１０Ａ乃至図１２Ｂに関連して以下に説明される。
【0035】
一般に、本開示は、高解像度ディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ）に対応可能な、低消費電力および高帯域幅で動作するバックプレーンに関する様々な技術および装置を説明する。これらの技術および装置は、ディスプレイアプリケーション（タブレット、電話、時計、テレビ、ノートパソコン、モニター、看板のディスプレイなど）、半導体技術、変調オプション、アドレス指定オプションなど、様々な特徴を考慮に入れることができる。
【0036】
【0037】
図１Ａは、ソース１２０からコンテンツ／データ１２５（例えば、画像コンテンツ、動画コンテンツ、またはその両方）を受信するディスプレイ１１０の一例を示す模式図１００ａである。ディスプレイ１１０は、１つまたは複数のパネルを備えていてもよく（例えば、図１Ｂ参照）、ディスプレイ１１０内の各パネルは、発光パネルまたは反射パネルである。パネルは、所定の配置または配列で構成された発光素子または光反射素子を備えているだけでなく、発光素子または光反射素子を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。発光パネルが使用される場合、発光パネルは、複数の発光素子を備えていてもよい（例えば、図２Ａの発光素子２２０参照）。これら発光素子は、１つまたは複数の半導体材料から構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。ＬＥＤは無機ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤは、例えば、マイクロＬＥＤ（マイクロＬＥＤ、ｍＬＥＤ、またはμＬＥＤとも呼ばれる）であってもよい。発光素子を構成する他のディスプレイ技術としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術または有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）技術が挙げられる。「発光素子」、「発光体」、または単に「エミッタ」という用語は、本開示において交換可能に使用することがある。
【0038】
ディスプレイ１１０は、（例えば、８Ｋ以上の解像度に対応する）超高解像度性能、高ダイナミックレンジ（コントラスト）性能、またはライトフィールド性能、またはこれらの性能の組み合わせを有していてもよい。ディスプレイ１１０がライトフィールド性能を有し、ライトフィールドディスプレイとして動作可能な場合、ディスプレイ１１０は、複数の画素（例えば、スーパーラクセル）を備えていてもよく、各画素は、それぞれの光誘導光学素子と、発光素子の配列（例えば、サブラクセル）を有している。発光素子の配列（例えば、サブラクセル）は、同一の半導体基板上に一体的に構成され、配列内の発光素子が別個のグループ（例えば、ラクセル）に配置されて、ライトフィールドディスプレイ（例えば、図２Ａ乃至図３参照）によってサポートされる複数のビューを提供する。
【0039】
図１Ｂには、図１Ａのディスプレイ１１０の追加の詳細を説明するための模式図１００ｂが示されている。この例では、ソース１２０は、コンテンツ／データ１２５を、ディスプレイ１１０内に一体に組み込まれた表示処理部１３０に提供する。「表示処理部」および「処理部」という用語は、本開示において交換可能に使用することがある。ディスプレイソースについて上述した機能に加えて、ソース１２０は、動画または特別なカメラからの赤色・緑色・青色、および奥行き（ＲＧＢＤ）データを流すように構成されてもよく、コンピュータ生成コンテンツからのＲＧＢＤデータを描写するように構成されてもよい。ソース１２０は、ＨＤＭＩ（登録商標）／ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔを介してコンテンツ／データ１２５を提供してもよく、例えば、コンテンツ／データ１２５は、１０ビット高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）データまたはＲＧＢＤデータであってもよい。
【0040】
表示処理部１３０は、ディスプレイ１１０に表示するためにコンテンツ／データ１２５内の画像または動画コンテンツを変更するように構成されている。表示処理部１３０によって、画像または動画コンテンツを処理するために使用される情報を記憶するディスプレイメモリ１３５も示されている。ディスプレイメモリ１３５またはその一部は、表示処理部１３０に一体に組み込まれてもよい。表示処理部１３０によって実行可能なタスクのセットは、カラーマネジメント、データ変換、および／またはマルチビュー処理動作に関連するタスクを含んでもよい。表示処理部１３０は、処理されたコンテンツ／データをタイミングコントローラ（ＴＣＯＮ）１４０に提供してもよく、これにより、タイミングコントローラ（ＴＣＯＮ）１４０は、適切な表示情報をパネル１５０に提供する。上述したように、パネル１５０（ディスプレイパネルとも呼ばれる）は、パネル１５０内の発光素子または光反射素子を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。模式図１００ｂに示すように、処理されたコンテンツ／データを表示処理部１３０からＴＣＯＮ１４０に転送するために使用される、複数の低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）および／またはＭＩＰＩインターフェースを有していてもよい。同様に、ＴＣＯＮ１４０からパネル１５０への情報または信号の伝達は、並列化されてもよい。
【0041】
図２Ａの模式図２００ａは、典型的には画素またはディスプレイ画素と呼ばれる、複数の発光素子２２０を有するディスプレイ２１０を示している。発光素子２２０は、一般に、配列状に形成され、互いに隣接することで、高解像度のディスプレイ２１０を提供する。ディスプレイ２１０は、模式図１００ａおよび模式図１００ｂのディスプレイ１１０の一例であってもよい。
【0042】
図２Ａに示す例では、発光素子２２０は、Ｑ×Ｐの配列で構成または配置されてもよく、Ｑは配列内の画素の行数であり、Ｑは配列内の画素の列数である。このような配列の拡大部分がディスプレイ２１０の右側に示されている。小さなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｑ≧１０およびＰ≧１０、Ｑ≧１００およびＰ≧１００が挙げられる。大きなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｑ≧５００およびＰ≧５００、Ｑ≧１，０００およびＰ≧１，０００、Ｑ≧５，０００およびＰ≧５，０００、Ｑ≧１０，０００およびＰ≧１０，０００が挙げられ、さらに大きな配列サイズも可能である。
【0043】
図示しないが、ディスプレイ２１０は、発光素子２２０の配列に加えて、配列を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。ディスプレイ２１０に使用されるバックプレーンは、低消費電力および高帯域幅で動作可能なバックプレーンを実現するための、本明細書で説明される特徴に基づいていてもよい。
【0044】
図２Ｂの模式図２００ｂは、複数の画素またはスーパーラクセル２２５を有するライトフィールドディスプレイ２１０ａを示している。本開示では、「画素」という用語と「スーパーラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用することがある。ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、ライトフィールド性能を有する模式図１００ａおよび模式図１００ｂのディスプレイ１１０の一例であってもよい。ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、異なるタイプの用途に使用されてもよく、そのサイズは用途に応じて変化し得る。例えば、ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、いくつか例を挙げると、時計、近視用アプリケーション、電話、タブレット、ノートパソコン、モニター、テレビ、および看板のディスプレイとして使用される場合、異なるサイズを有してもよい。したがって、用途に応じて、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ内の画素２２５は、配列、格子、または他のタイプの順序付けられた、異なるサイズの配置で構成され得る。ライトフィールドディスプレイ２１０ａの画素２２５は、１つまたは複数のディスプレイパネルに分散させることができる。
【0045】
図２Ｂの例に示すように、画素２２５は、Ｎ×Ｍの配列に構成または配置することができ、Ｎは配列内の画素の行数であり、Ｍは配列内の画素の列数である。そのような配列の拡大部分は、ライトフィールドディスプレイ２１０ａの右側に示されている。小さなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｎ≧１０およびＭ≧１０、Ｎ≧１００およびＭ≧１００を挙げることができ、配列内の各画素２２５は、それ自体が発光素子２２０または（さらに右側に示す）サブラクセルの配列または格子を有する。大きなディスプレイの場合、配列サイズの例は、Ｎ≧５００およびＭ≧５００、Ｎ≧１，０００およびＭ≧１，０００、Ｎ≧５，０００およびＭ≧５，０００、Ｎ≧１０，０００およびＭ≧１０，０００を挙げることができ、配列内の各画素２２５は、それ自体が発光素子２２０の配列または格子を有する。
【0046】
画素またはスーパーラクセル２２５が、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、および青色（Ｂ）光を生成する同一の半導体基板上の異なるＬＥＤを発光素子２２０として含む場合、ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、一体的に構成されたＲＧＢＬＥＤスーパーラクセルから作られていると言うことができる。
【0047】
対応する光誘導光学素子２１５（例えば、図２Ｃの模式図２００ｃに示す一体型結像レンズ）を含む、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ内の各画素２２５は、ディスプレイの解像度によって制限される最小の画素サイズを代表することができる。これに関して、画素２２５の発光素子２２０の配列または格子は、その画素に対応する光誘導光学素子２１５よりも小さくすることができる。しかしながら、実際には、画素２２５の発光素子２２０の配列または格子のサイズは、対応する光誘導光学素子２１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズの直径）と同様であってもよく、これは、画素２２５間のピッチ２３０と同様または同じであり得る。
【0048】
上述したように、画素２２５の発光素子２２０の配列の拡大図が、模式図２００ｂの右側に示されている。発光素子２２０の配列は、Ｘ×Ｙの配列とすることができ、Ｘは配列内の発光素子２２０の行数であり、Ｙは配列内の発光素子２２０の列数である。配列サイズの例として、Ｘ≧５およびＹ≧５、Ｘ≧８およびＹ≧８、Ｘ≧９およびＹ≧９、Ｘ≧１０およびＹ≧１０、Ｘ≧１２およびＹ≧１２、Ｘ≧２０およびＹ≧２０、およびＸ≧２５およびＹ≧２５を挙げることができる。一例では、Ｘ×Ｙの配列は、８１個の発光素子またはサブラクセル２２０を含む９×９の配列である。
【0049】
各画素２２５において、配列内の発光素子２２０は、別個の明確に区別される発光素子２２０のグループ（例えば、図２Ｄの発光素子２６０のグループを参照）を含むことができる。これら発光素子２２０は、空間的および角度的近接性に基づいて割り当てられ、またはグループ化され（例えば、論理的にグループ化され）、ライトフィールドディスプレイ２１０ａによって視聴者に提供されるライトフィールドビューの生成に寄与する異なる光出力（例えば、指向性光出力）を生成するように構成される。サブラクセルまたは発光素子のラクセルへのグループ化は、一意である必要はない。例えば、組み立て中または製造中に、表示エクスペリエンスを最適化する特定のラクセルへのサブラクセルのマッピングが存在してもよい。同様の再マッピングは、一度配置されたディスプレイによって、例えば、異なる色の発光素子の経年変化および／または光誘導光学素子の経年変化を含む、ディスプレイの様々な部品または要素の経年変化を考慮して、実行され得る。本開示では、「発光素子のグループ」という用語と「ラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用されることがある。発光素子またはラクセルの様々なグループの寄与によって生成されるライトフィールドビューは、連続的または非連続的なビューとして視聴者によって知覚され得る。
【0050】
発光素子２２０の配列内の発光素子２２０の各グループは、少なくとも３つの異なる色の光（例えば、赤色光、緑色光、青色光、あるいはまた、白色光）を生成する複数の発光素子を含む。一例では、これらのグループまたはラクセルのそれぞれは、赤色光を生成する少なくとも１つの発光素子２２０、緑色光を生成する１つの発光素子２２０、および青色光を生成する１つの発光素子２２０を含む。あるいは、白色光を生成する少なくとも１つの発光素子２２０が含まれていてもよい。
【0051】
図２Ｃの模式図２００ｃは、上述した対応する光誘導光学素子２１５を備えた画素２２５の配列の一部の拡大図を示すライトフィールドディスプレイ２１０ａの他の例を示している。ピッチ２３０は、画素２２５間の間隔または距離を表すことができ、光誘導光学素子２１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズのサイズ）であり得る。画素２２５は互いに分離して示されているが、より分かりやすい説明を目的とするものであり、画素２２５は通常互いに隣接して構成されている。
【0052】
図２Ｄの模式図２００ｄは、本開示で説明される構造単位のいくつかを例示するために、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ）の一部の断面図を示している。ここで、図１Ａは、ライトフィールドディスプレイとして構成されている。例えば、模式図２００ｄは、３つの隣接する画素またはスーパーラクセル２２５ａを示しており、それぞれは対応する光誘導光学素子２１５を有する。この例では、光誘導光学素子２１５は、画素２２０ａとは別個であるとみなすことができるが、他の例では光誘導光学素子２１５は、画素の一部であるとみなすことができる。
【0053】
図２Ｄに示されるように、各画素２２５ａは、複数の発光素子２２０（例えば、複数のサブラクセル）を含み、異なるタイプのいくつかの発光素子２２０（例えば、いくつかのサブラクセル）は、グループ２６０に（例えば、ラクセルの中に）グループ化されてもよい。グループまたはラクセルは、中央の画素２２５ａ内の最も右側のグループまたはラクセルによって示されるように、特定の光線要素２５５に寄与する様々な成分を生成することができる。異なる画素内の異なるグループまたはラクセルによって生成された光線要素２５５は、ライトフィールドディスプレイから離れた視聴者によって知覚されるビューに寄与することができることを理解されるであろう。
【0054】
図２Ｄに記載されている追加の構造単位は、画素２２５ａと同じタイプの（例えば、同じ色の光を生成する）発光素子２２０のグループを表す副画素２７０の概念である。
【0055】
【0056】
図３の模式図３００は、発光素子の配列が一体に組み込まれたバックプレーンの一例を示している。図３００は、図２Ｄの模式図２００ｄと同様に断面図を示している。図３００は、発光素子（サブラクセル）２２０、発光素子（ラクセル）のグループ２６０、画素（スーパーラクセル）２２５ａ、および光誘導光学素子２１５を示している。異なる画素からの様々な光線２５５がどのように寄与して、ビューＡおよびビューＢなどの異なるビューを生成することができるかについても示している。さらに、画素２２５ａの発光素子２２０は、より大きな配列３３０を形成し、この配列３３０は、バックプレーン３１０に接続されている。これにより、バックプレーン３１０は、発光素子２２０のそれぞれを駆動するように構成されている。
【0057】
図４Ａは、画素２２５の一実施形態の様々な詳細を説明する模式図４００ａを示している。例えば、画素２２５（例えば、スーパーラクセル）は、それぞれの光誘導光学素子２１５（破線で示される）を有し、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の発光素子２２０（例えば、サブラクセル）の配列または格子４１０を含む。光誘導光学素子２１５は、配列４１０と同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列４１０よりわずかに大きくてもよい。本開示の図に示されているサイズのいくつかは、説明の目的で誇張されており、実際のサイズまたは相対的なサイズの正確な表現であるとみなされる必要はないことを理解されたい。
【0058】
配列４１０内の複数の発光素子２２０は、異なる色の光を生成するための異なるタイプの複数の発光素子を含み、ライトフィールドディスプレイによって生成される複数のビューに異なる寄与を提供する別個のグループ２６０（例えば、別個のラクセル）内に配置されている。
【0059】
図４Ａに示されるように、配列４１０は、２つまたはそれよりも多い画素の隣接または近接した配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図４Ａに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
【0060】
図示されていないが、図４Ａの画素２２５は、画素２２５内の複数の発光素子２２０を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、バックプレーン内）を有してもよい。
【0061】
図４Ｂは、画素２２５の他の実施形態の様々な詳細を説明する模式図４００ｂを示している。例えば、図４Ｂの画素２２５（例えば、スーパーラクセル）は、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の副画素２７０を含む。各副画素２７０は、それぞれの光誘導光学素子２１５（破線で示されている）を有し、同じ色の光を生成する複数の発光素子２２０（例えば、複数のサブラクセル）の配列または格子４１０ａを含む。光誘導光学素子２１５は、配列４１０ａと同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列４１０ａよりわずかに大きくてもよい。画素２２５において、副画素２７０のうちの１つの光誘導光学素子２１５は、その副画素７２０内の複数の発光素子２２０によって生成される光の色の色分散を最適化するように構成されている。さらに、光誘導光学素子２１５は、それぞれの副画素２７０の配列４１０ａに整列され、結合され得る。
【0062】
副画素７２０の発光素子２２０は、別々のグループ２６０（例えば、ラクセル）に配置される。図４Ｂに示されるように、一例では、各グループ２６０は、副画素２７０のそれぞれからの、まとまって配置された複数の発光素子２２０（例えば、各副画素内の同じ位置）を含んでもよい。しかしながら、上述したように、様々な発光素子２２０の異なるグループ２６０へのマッピングは、製造中および／または動作中に変化させることができる。
【0063】
図４Ｂに示されるように、配列４１０ａは、２つまたはそれよりも多い副画素の隣接する配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図４Ｂに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
【0064】
図示されていないが、図４Ｂの画素２２５は、画素２２５内の複数の発光素子２２０を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、バックプレーン内）を有してもよい。いくつかの例では、１つまたは複数の共通の駆動回路を使用して、副画素２７０のそれぞれを駆動することができる。
【0065】
図５の模式図５００は、バックプレーンを駆動するためにディスプレイに使用可能なディスプレイドライバ５１０などのバックプレーンドライバの概略図の一例を示している。ディスプレイドライバ５１０は、画像および／または動画コンテンツを再生するために、ディスプレイパネル（例えば、パネル１５０）内のバックプレーンおよび画素の配列が一緒に動作するための、適切な情報を提供する信号を生成するように構成されてもよい。
【0066】
ディスプレイドライバ５１０は、画素５４０の配列内の行の選択を制御するために行ドライバ５２０に提供される行選択信号（「行選択」）を生成することができる。ディスプレイドライバはまた、列のデータ（「列データ」）を生成することができる。列データは、列ドライバ５３０に提供され、列ドライバ５３０は、再生される画素５４０の配列にデータがどのように提供されるかを制御する。いくつかの実施形態では、行ドライバ５２０および列ドライバ５３０は、バックプレーンアーキテクチャの一部であるとみなされ、他の実施形態では、行ドライバ５２０および列ドライバ５３０は、バックプレーンアーキテクチャから分離されているとみなされてもよい。画素５４０の配列は、各画素に関連付けられた発光素子だけでなく、対応するバックプレーントランジスタおよび／または回路を含んでもよい。
【0067】
図６Ａおよび図６Ｂは、アナログ変調（ＡＭ）方式で動作するバックプレーンユニットセルの一例を示す図６００ａおよび図６００ｂを示している。このバックプレーンユニットセルの構造は、図６００ａに示すように、第１のスイッチ６１０、記憶素子６２０、および電源６３０を含んでいる。発光素子６４０もまた、電源６３０に電気的に接続されて示されているが、発光素子６４０は、バックプレーンユニットセルのように、バックプレーンアーキテクチャの一部を形成していない。一実施形態では、第１のスイッチ６１０および記憶素子６２０は、それぞれ２つのトランジスタ（２Ｔ）およびコンデンサ（Ｃ）（２Ｔ１Ｃ回路とも呼ばれる）から構成されてもよい。電源６３０は電流源として示されているが、電源６３０は、使用される発光素子６４０に応じて、電流源または電圧源であってもよい。例えば、発光素子６４０が液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の画素である場合、電源６３０は電圧源であってもよい。あるいは、発光素子６４０がＬＥＤである場合、電源６３０は、電流源であってもよい。
【0068】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、行選択信号（「行」）が列データの値（「列」）を選択し、選択された値が記憶素子６２０に記憶される。行選択信号は、図５の図５００の「行選択」および／または行ドライバ５２０の出力に対応してもよく、列データは、図５の図５００の「列データ」および／または列ドライバ５３０の出力に対応してもよい。次に、記憶素子６２０に記憶された値は、発光素子６４０を駆動するために電源６３０に提供される。発光素子６４０によって生成される光の強度は、電源６３０によって提供される駆動信号に基づくことができ、これにより、記憶素子６２０に記憶された値に基づくことができる。
【0069】
上述した図６００ａのバックプレーンユニットセルの動作について、タイミング図６００ｂを用いてより詳細に説明する。信号６７０は動画フレームを表しており、信号６７１は、記憶素子６２０に記憶される列データの行選択を表している。信号６７２は、経時的に変化し得る列データに対応しており、信号６７３（破線）は、行選択時に記憶素子６２０に記憶された列データの値に対応する値であり、次の行選択が行われるまで同じ値を維持する。
【0070】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、発光素子６４０がＬＥＤである場合、その帯域幅は、使用されるリフレッシュレートｆｒｅｆｒｅｓｈに対応し、行および列の双方の帯域幅は、ｆｒｅｆｒｅｓｈ・ｒｏｗｓに対応し、ｒｏｗｓは、行の数である。したがって、ＡＭバックプレーンユニットセルは、単純な回路を有しており、要求される帯域幅が低く、発光素子６４０としてのＬＥＤに可変電流を提供する。
【0071】
図７Ａおよび図７Ｂは、２値コード化パルス幅変調（Ｂ－ＰＷＭ）方式で動作するバックプレーンユニットセルの一例を示す図７００ａおよび図７００ｂを示している。このバックプレーンユニットセルの構造には、図７００ａに示すように、第１のスイッチ６１０、記憶素子６２０、および電源６３０を含んでおり、これは、図６Ａおよび図６ｂの図６００ａおよび図６０ｂに関連して上述したバックプレーンユニットセルの構造と同様の構造である。電源６３０に電気的に接続された発光素子６４０も示されている。しかしながら、この例では、記憶素子６２０に記憶された列データの値（「列」）を選択する行選択信号（「行」）は、記憶素子６２０に記憶された値の２値コード化パルス幅変調を行うデジタル信号であり、発光素子６４０を駆動するために電源６３０に提供される。
【0072】
上述した図７００ａのバックプレーンユニットセルの動作について、タイミング図７００ｂを用いてより詳細に説明する。信号７７０は動画フレームを表しており、信号７７１は、記憶素子６２０に記憶される列データの行選択を表している。ここで、信号７７１は、２値コード化パルス幅変調を生じるための２値コード化信号である。この例では、２値コード化信号は１００１の２値コードである。信号７７２は、経時的に変化し得る列データに対応しており、信号７７３（破線）は、行選択時に記憶素子６２０に記憶された値であり、次の行選択が行われるまで同じ値を維持する。
【0073】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、発光素子６４０がＬＥＤである場合、その帯域幅、および行と列の帯域幅は、ｆｒｅｆｒｅｓｈ・ｒｏｗｓ・２ｎに対応し、ここで、ｎは、２値コード化のビット数である。したがって、Ｂ－ＰＷＭバックプレーンユニットセルは、単純な回路を有しており、要求される帯域幅が高く、発光素子６４０としてのＬＥＤに固定電流を提供する。
【0074】
図８Ａおよび図８Ｂは、単一パルス幅変調（Ｓ－ＰＷＭ）方式で動作するバックプレーンユニットセルの一例を示す図８００ａおよび図８００ｂを示している。このバックプレーンユニットセルの構造には、図８００ａに示すように、第１のスイッチ６１０、記憶素子６２０、電源６３０、および比較器８１０を含んでいる。電源６３０に電気的に接続された発光素子６４０も示されている。
【0075】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、行選択信号（「行」）が列データの値（「列」）を選択し、選択された値が記憶素子６２０に記憶される。次に、記憶素子６２０に記憶された値は、比較器８１０に提供され、基準信号（「基準」）と比較されて、比較器８１０の出力は、発光素子６４０を駆動するために電源６３０に提供される。基準信号は、基準ランプ波とも呼ばれ、このバックプレーンユニットセルの構成にガンマ補正を組み込むために使用可能な非線形信号である。
【0076】
上述した図８００ａのバックプレーンユニットセルの動作について、タイミング図８００ｂを用いてより詳細に説明する。信号８７０は動画フレームを表しており、信号８７１は、記憶素子６２０に記憶される列データの行選択を表している。信号８７２は、経時的に変化し得る列データに対応しており、信号８７３（短い破線）は、行選択時に記憶素子６２０に記憶された値であり、次の行選択が行われるまで同じ値を維持する。
【0077】
信号８７４は、比較器８１０に提供される基準信号（「基準」）に対応しており、信号８７５（長い破線）は、比較器８１０の出力に対応している。信号８７４は、信号８７２が現在の動画フレームのすべての列データの提供を完了した後、低い値となり、その後、再び値が上昇する。いくつかの実施形態では、信号８７４は低い値であり、信号８７２が現在の動画フレームのすべての列データの提供を完了した後に、値が上昇してもよい。比較器８１０は、信号８７３と信号８７４とを比較して、信号８７３の値（列データの値）が信号８７４の値（基準信号値）よりも大きいときに、信号８７５の値が高く、電源６３０は発光素子６４０を駆動する。一方、信号８７３の値が信号８７４の値よりも小さい場合、信号８７５の値は低く、電源６３０は発光素子６４０を駆動しない。
【0078】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、発光素子６４０がＬＥＤである場合、その帯域幅はｆｒｅｆｒｅｓｈ・２ｎに対応し、行と列の双方の帯域幅はｆｒｅｆｒｅｓｈ・ｒｏｗｓに対応する。したがって、Ｓ－ＰＷＭバックプレーンユニットセルは、より複雑な回路とする必要があり、要求される帯域幅が高く、発光素子６４０としてのＬＥＤの固定電流を提供し、グレースケールが滑らかである（例えば、基準信号によって提供されるガンマ補正）。
【0079】
図９Ａ乃至図９Ｃは、高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）パルス幅変調（Ｈ－ＰＷＭ）方式で動作するバックプレーンユニットセルの一例を示す図９００ａ、図９００ｂ、および図９００ｃを示している。このバックプレーンユニットセルの構造は、図９００ａに示すように、第１のスイッチ６１０、記憶素子６２０、電源６３０、比較器８１０、および第２のスイッチ９１０を含んでいる。発光素子６４０も示されている。
【0080】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、行選択信号（「行」）が列データの値（「列」）を選択し、選択された値が記憶素子６２０に記憶される。次に、記憶素子６２０に記憶された値は、比較器８１０に提供され、基準信号（「基準」）と比較されて、比較器８１０の出力は、第２のスイッチ９１０に提供される。第２のスイッチ９１０は、発光素子６４０を駆動するために電源６３０に提供される電力信号（「電力」）を選択するために使用される。基準信号は、基準ランプ波とも呼ばれ、このバックプレーンユニットセルの構成にガンマ補正を組み込むために使用可能な非線形信号である。電源ランプ波とも呼ばれる電力信号は、同じ帯域幅で高ダイナミックレンジを実現するために使用可能な非線形信号である。基準信号は劣線形信号であってもよく、電力信号は超線形信号であってもよい。
【0081】
上述した図９００ａのバックプレーンユニットセルの動作について、タイミング図９００ｂを用いてより詳細に説明する。信号９７０は動画フレームを表しており、信号９７１は、記憶素子６２０に記憶される列データの行選択を表している。信号９７２は、経時的に変化し得る列データに対応しており、信号９７３（短い破線）は、行選択時に記憶素子６２０に記憶された値であり、次の行選択が行われるまで同じ値を維持する。
【0082】
信号９７４は、比較器８１０に提供される基準信号（「基準」）に対応しており、信号９７５（一点鎖線）は、電力信号（「電力」）に対応しており、信号９７６（長い破線）は、比較器８１０の出力に対応している。比較器８１０は、信号９７３と信号９７４とを比較し、信号９７３の値（列データの値）が信号９７４の値（基準信号値）よりも大きいときに、比較器８１０の出力は高く、電力信号（信号９７５）が、発光素子６４０を駆動するための電源６３０への入力として選択される。図９００ｂに示すように、比較器の出力が高いとき、信号９７６は信号９７５に追従する。一方、信号９７３の値が信号９７４の値よりも小さいときは、比較器８１０の出力は低く、電源６３０は発光素子６４０を駆動しない。図９００ｂに示すように、比較器８１０の出力が低いときは、信号９７６も低い。
【0083】
図９００ｃは、動作をより明確に説明するために、図９Ｂの図９００ｂの信号９７３，９７４，９７５，９７６の拡大図を示している。信号９７３（例えば、記憶素子６２０に記憶された値）が信号９７４（例えば、基準信号）よりも小さいときは、比較器８１０の出力は高い。この場合、発光素子６４０を駆動するために電源６３０に用いられる信号９７６は、第２のスイッチ９１０によって選択される信号９７５（例えば、電力信号）に追従する。信号９７４の値が信号９７３の値よりも大きいときは、比較器８１０の出力は低いため、信号９７６も低く、信号９７６は信号９７５に追従しなくなる。
【0084】
このようなバックプレーンユニットセルの構成では、発光素子６４０がＬＥＤである場合、その帯域幅はｆｒｅｆｒｅｓｈ・２ｎに対応し、行と列の双方の帯域幅はｆｒｅｆｒｅｓｈ・ｒｏｗｓに対応する。したがって、Ｈ－ＰＷＭバックプレーンユニットセルは、より複雑な回路とする必要があり、要求される帯域幅が低く、低照度において発光素子６４０としてのＬＥＤの電流を低減する。また、この構成により、ガンマ補正および高ダイナミックレンジを実現することができる。
【0085】
上述した図６Ａ乃至図９Ｃでは、バックプレーン内のバックプレーンユニットセルに関連して使用可能な様々な変調オプションを示している。上述したように、可能な変調オプションの１つであるアナログ変調（ＡＭ）は、単純な回路を有しており、要求される帯域幅が低く、ＬＥＤを駆動するための電流が可変であり、グレースケールのグラデーションが滑らかで、ちらつきが発生しない（例えば、図６Ａおよび図６Ｂ参照）。他の可能な変調であるＢ－ＰＷＭなどのデジタル変調は、単純な回路を有しており、要求される帯域幅が高く、ＬＥＤを駆動するための電流が固定であり、場合によってはグレースケールのグラデーションにすじが発生することがあり、ちらつきが発生することもある（例えば、図７Ａおよび図７Ｂ参照）。さらに他の可能なデジタル変調オプションであるＳ－ＰＷＭは、複雑な回路を有しており、要求され帯域幅が高く、ＬＥＤを駆動するための電流が固定であり、グレースケールのグラデーションが滑らかで、場合によってはちらつきが発生することがある（例えば、図８Ａおよび８Ｂを参照）。本開示では、さらに他の可能な変調オプションを提示し、ＨＤＲ－ＰＷＭまたはＨ－ＰＷＭとして説明される。この新たに提示された変調オプションは、最も複雑な回路を有しており、Ｂ－ＰＷＭまたはＳ－ＰＷＭよりも要求される帯域幅が低く、低照度でＬＥＤを駆動するための電流を低減し、グレースケールのグラデーションが滑らかで、場合によってはちらつきが発生することがあるため、高帯域幅および低消費電力が要求されるディスプレイに適している。
【0086】
図１０Ａ乃至図１０Ｃの図１０００ａ、図１０００ｂ、および図１０００ｃは、バックプレーンアドレス指定の様々な例を示している。図１０００ａには、行ごとに画素をスキャンするパッシブマトリックスの構造が示されている。この例では、画素は、上述したように、サブラクセルまたは個々の発光素子を指すことがある。パッシブマトリックスの構造は点線で示されており、ディスプレイパネルのバックプレーンではなく、ディスプレイパネルの画素の配列上に完全に実装されることを示している。この例は、複数の行選択１０１０ａ，１０１０ｂ、複数の列１０２０ａ，１０２０ｂ、および各行選択と各列との交点にある複数の発光素子１０３０（例えば、ＬＥＤ）を示している。
【0087】
パッシブマトリックスの構造では、ＬＥＤが発光素子１０３０として使用される場合、ＬＥＤごとにドライバセルまたは接点がなく、接点の配置は行と列であり、大型ディスプレイではちらつきが発生する場合があり、ＬＥＤのピーク電流が大きくなる可能性があり、バックプレーンのマトリックス密度がない。さらに、最大ＬＥＤデューティサイクルは１／（Ｒｏｗｖｉｅｗ・Ｒｏｗｐｉｘｅｌ）である。
【0088】
図１０００ｂでは、すべての画素（例えば、サブラクセル）が常時駆動されるアクティブマトリックスの構造が示されている。アクティブマトリックスの構造は、発光素子１０３０を点線で示す配置とすることによって、発光素子１０３０がディスプレイパネルの画素の配列上に完全に実装されることを示しており、その一方で、実線で示す素子はディスプレイパネルのバックプレーン上に実装されることを示している。この例は、複数の行選択１０４０ａ，１０４０ｂ、複数の列１０５０ａ，１０５０ｂ、および複数の発光素子１０３０（例えば、ＬＥＤ）を示している。さらに、各発光素子１０３０には、バックプレーンユニットセルが使用される。この例では、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明したように、単純なＡＭバックプレーンユニットセルの構造であり、２Ｔ１Ｃ回路を有している。この場合、トランジスタ１０６０は第１のスイッチ６１０に対応し、コンデンサ１０６４は記憶素子６２０に対応し、トランジスタ１０６２は電源６３０に対応している。上述した他のバックプレーンユニットセルも使用することができる。
【0089】
アクティブマトリックスの構造では、ＬＥＤが発光素子１０３０として使用される場合、ＬＥＤごとにドライバセルまたは接点があり、接点の配置は点と面であり、ちらつきの発生がなく、ピークＬＥＤ電流が小さく、バックプレーンのマトリックス密度が最も高くなる。さらに、最大ＬＥＤデューティサイクルは１である。
【0090】
最後に、図１０００ｃでは、ハイブリッドマトリックスの構造が示されている。この構造は、あらゆるタイプのディスプレイで使用可能である。ライトフィールドディスプレイの場合、画素またはスーパーラクセルはアクティブマトリックス方式を使用することができ、それらの画素内の発光素子またはサブラクセルはパッシブマトリックス方式を使用することができる。ハイブリッドマトリックスの構造は、発光素子１０３０、列１０２０ａ，１０２０ｂ、および行選択１０１０ａ，１０１０ｂを示している。点線で示す発光素子１０３０、列１０２０ａ，１０２０ｂ、および行選択１０１０ａ，１０１０ｂは、これらがディスプレイパネルの画素の配列上に完全に実装されることを示しており、その一方で、行選択１０４０ａおよび列１０５０ａ，１０５０ｂなどの実線で示す素子は、ディスプレイパネルのバックプレーン上に実装されることを示している。発光素子１０３０（例えば、ＬＥＤ）の各列は、この例では、トランジスタ１０６０、コンデンサ、およびトランジスタ１０６２を備えた単純なＡＭバックプレーンユニットセルからなるバックプレーンユニットセルが使用されている。上述した他のバックプレーンユニットセルが使用されてもよい。
【0091】
ハイブリッドマトリックスの構造では、ＬＥＤが発光素子１０３０として使用される場合、ＬＥＤごとに１／Ｒｏｗｖｉｅｗのドライバセルまたは接点があり、接点の配列は行と列であり、わずかにちらつきが発生する場合があり、ＬＥＤのピーク電流は中程度であり、バックプレーンマトリックス密度も中程度である。さらに、最大ＬＥＤデューティサイクルは１／Ｒｏｗｖｉｅｗである。
【0092】
図１１は、図１０Ｃの図１０００ｃに示す構造のハイブリッドマトリックストポロジーで構成されたバックプレーンの一例を示す図１１００を示している。図１０００ｃと同様に、点線は、ディスプレイパネルの画素の配列上に完全に実装される素子または構成要素を示しており、実線は、ディスプレイパネルのバックプレーン上に実装される素子または構成要素を示している。この例では、発光素子１１３０（例えば、ＬＥＤ）をアドレス指定するための複数の列１１１０が示されている。バックプレーンに実装されているハイブリッドマトリックストポロジーにおけるアクティブマトリックスの動作は、ＡＭ１やＡＭ２などのＡＭ行選択１１２０を含む。発光素子１１３０の配列に実装されているハイブリッドマトリックストポロジーにおけるパッシブマトリックスの動作は、ＡＭ１に関連付けられたＰＭ１．１、ＰＭ１．２、ＰＭ１．３、ＰＭ１．４や、ＡＭ２に関連付けられたＰＭ２．１、ＰＭ２．２、ＰＭ２．３、ＰＭ２．４などのＰＭ行選択１１４０を含む。列の数１１１０、ＡＭ行選択１１２０、およびＰＭ行選択１１４０は、説明のために提示されるものであり、限定されるものではない。
【0093】
また、図１１００には、バックプレーンユニットセル１１１５０が示されており、このバックプレーンユニットセル１１５０は、上述したバックプレーンユニットセルのいずれか１つであり得る。説明の簡略化、およびハイブリッドマトリックストポロジーの理解を容易にするために、単純な２Ｔ１Ｃのバックプレーンユニットセルが示されている。
【0094】
列１１１０のグループに対応する発光素子のグループ１１６０と、ＡＭ行選択１１２０のうちの１つは、対応するＰＭ行選択１１４０とともに、画素（スーパーラクセル）の発光素子に対応することができる。この場合、グループ１１６０は、１画素に対応するということができる。同様に、グループ１１５０は、１画素よりも小さい部分、例えば、画素の発光素子の２分の１、または画素の発光素子の４分の１に対応してもよいし、１画素よりも大きい部分、例えば、画素の１．２５倍、画素の１．５倍、または画素の２倍に対応してもよい。
【0095】
図１１００の例では、各データ列および各行選択は、バックプレーンの１つまたは複数の縁部を介して直接アクセス可能である。
【0096】
【0097】
図１２００ａは、バックプレーンハイブリッドトポロジーのアクティブマトリックスおよびパッシブマトリックスの動作が行われるタイミングの一例を示すタイミング図である。この場合では、ＡＭ行選択（例えば、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３）は、互いに１時間単位ずつずらして行われ、ＰＭ行選択（例えば、ＰＭ１．１、ＰＭ２．１、ＰＭ３．１）は、同時に行われる。例えば、ＡＭ１は時間単位１，５，９，１３（クロスハッチングで示す）で選択され、ＡＭ２は時間単位２，６，１０，１４（クロスハッチングで示す）で選択され、ＡＭ３は時間単位３，７，１１，１５（クロスハッチングで示す）で選択される。
【0098】
ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３が時間単位１，２，３でそれぞれ選択された後、ＰＭ１．１、ＰＭ２．１、ＰＭ３．１が時間単位４（斜線ハッチングで示す）で選択される。ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３が時間単位５，６，７でそれぞれ選択された後、ＰＭ１．２、ＰＭ２．２、ＰＭ３．２が時間単位８（斜線ハッチングで示す）で選択される。ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３が時間単位９，１０，１１でそれぞれ選択された後、ＰＭ１．３、ＰＭ２．３、ＰＭ３．３が時間単位１２（斜線ハッチングで示す）で選択される。最後に、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３が時間単位１３，１４，１５でそれぞれ選択された後、ＰＭ１．４、ＰＭ２．４、ＰＭ３．４が時間単位１６（斜線ハッチングで示す）で選択される。ＡＭ行選択が３つよりも多い場合、および１つのＡＭ行選択に対して４つよりも多いＰＭ行選択がある場合も、このタイミング図で説明した方法と同様の方法に従うことができる。
【0099】
図１２００ｂは、バックプレーンハイブリッドトポロジーのアクティブマトリックスおよびパッシブマトリックスの動作が行われるタイミングの他の例を示すタイミング図である。この場合では、ＡＭ行選択（例えば、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３）は、ＰＭ行選択（例えば、ＰＭ１．１、ＰＭ２．１、ＰＭ３．１）と同様に、互いに１時間単位ずつずらして行われる。例えば、ＡＭ１は時間単位１，４，７，１０，１３（クロスハッチングで示す）で選択され、ＡＭ２は時間単位２，５，８，１１，１４（クロスハッチングで示す）で選択され、ＡＭ３は時間単位３，６，９，１２（クロスハッチングで示す）で選択される。
【0100】
ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３が、時間単位１，２，３でそれぞれ選択された後、ＰＭ１．１は時間単位２，３（斜線ハッチングで示す）で選択され、ＰＭ２．１は時間単位３，４（斜線ハッチングで示す）で選択され、ＰＭ３．１は時間単位４，５（斜線ハッチングで示す）で選択される。ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３の他の選択についても同様である。この方法では、ＰＭ行選択は、すべてのＡＭ行選択が行われるまで待つ必要がない。ＡＭ行選択が３つよりも多い場合、および１つのＡＭ行選択に対して４つよりも多いＰＭ行選択がある場合も、このタイミング図で説明した方法と同様の方法に従うことができる。
【0101】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、タイミング図１２００ａおよびタイミング図１２００ｂを参照して説明した駆動動作を用いて、ハイブリッドトポロジーで構成されたバックプレーンを駆動する方法１３００ａおよび方法１３００ｂをそれぞれ示すフローチャートである。
【0102】
方法１３００ａは、バックプレーンがハイブリッドトポロジーで構成されているディスプレイにおいて、発光素子を駆動するためにバックプレーンを動作させる方法である。方法１３００ａは、図１２Ａのタイミング図１２００ａの少なくとも一部に基づいている。
【0103】
１３１０では、方法１３００ａは、バックプレーン内の異なる行（例えば、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３）を順次選択し、バックプレーン内の上記異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程を含む。
【0104】
１３１５では、方法１３００ａは、バックプレーン内のすべての異なる行が選択され、上記値が記憶された後、バックプレーン内の異なる行のそれぞれに関連付けられた発光素子の第１の行（例えば、ＰＭ１．１、ＰＭ２．１、ＰＭ３．１で選択された行）への駆動信号の適用を同時に有効にする工程を含み、上記駆動信号は上記記憶された値に基づく。
【0105】
一態様では、１３２０では、方法１３００ａは、バックプレーン内の異なる行のそれぞれについて、発光素子の第１の行への駆動信号の適用を同時に無効にする工程を含んでもよい。１３２５では、方法１３００ａはまた、バックプレーン内の異なる行を再び順次選択し、バックプレーン内の異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が再び選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程を含んでもよい。１３３０では、方法１３００ａは、バックプレーン内のすべての異なる行が再び選択され、上記値が記憶された後、バックプレーン内の異なる行のそれぞれに関連付けられた発光素子の第２の行への駆動信号の適用を同時に有効にする工程をさらに含んでもよく、上記駆動信号は上記記憶された値に基づく。発光素子の第１の行および発光素子の第２の行は、ディスプレイ内の発光素子の行のサブセットの一部であってもよい。サブセット内の発光素子の第１の行および発光素子の第２の行は、ディスプレイ内の発光素子の第１の物理的な行および発光素子の第２の物理的な行とは、対応して異なっている。
【0106】
方法１３００ａは、バックプレーン内の異なる行のそれぞれに関連付けられた、発光素子の行のセット内の発光素子の上記第１の行の後の、残りの発光素子の行のそれぞれについて、発光素子の前の行への駆動信号の上記適用を同時に無効にする工程と、バックプレーン内の異なる行を再び順次選択し、バックプレーン内の異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が再び選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程と、バックプレーン内のすべての異なる行が再び選択され、上記値が記憶された後、バックプレーン内の異なる行のそれぞれに関連付けられた発光素子の現在の行への駆動信号の適用を同時に有効にする工程を実行することをさらに含んでもよい。発光素子の上記現在の行に適用される上記駆動信号は、上記記憶された値に基づく。
【0107】
他の態様では、駆動信号の適用が有効にされる期間は、バックプレーン内の各行が選択される期間よりも長い。
【0108】
方法１３００ｂは、バックプレーンがハイブリッドトポロジーで構成されているディスプレイにおいて、発光素子を駆動するためにバックプレーンを動作させる他の方法である。方法１３００ｂは、図１２Ｂのタイミング図１２００ｂの少なくとも一部に基づいている。
【0109】
１３５０では、方法１３００ｂは、バックプレーン内の異なる行（例えば、ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３）を順次選択し、バックプレーン内の上記異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程を含む。
【0110】
１３５５では、方法１３００ｂは、バックプレーン内の異なる行のそれぞれについて、選択され、対応する値が記憶された後、バックプレーンの対応する行に関連付けられた発光素子の第１の行（例えば、ＰＭ１．１、ＰＭ２．１、ＰＭ３．１で選択された行）への駆動信号の適用を順次有効にする工程を含む。上記駆動信号は上記記憶された値に基づく。
【0111】
一態様では、１３６０では、方法１３００ｂは、バックプレーン内の対応する行が再び選択されるまで、有効にされた発光素子の第１の行への駆動信号の適用を維持する工程を含む。
【0112】
他の態様では、１３６５では、方法１３００ｂは、バックプレーン内の異なる行における発光素子の第１の行への駆動信号の適用を順次無効にする工程を含んでもよい。１３７０では、方法１３００ｂはまた、バックプレーン内の異なる行を再び順次選択し、バックプレーン内の異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が再び選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程を含んでもよい。１３７５では、方法１３００ｂは、バックプレーン内の異なる行のそれぞれについて、選択され、対応する値が記憶された後、バックプレーン内の対応する行に関連付けられた発光素子の第２の行への駆動信号の適用を有効にする工程をさらに含んでもよい。発光素子の上記第２の行に適用される上記駆動信号は、上記記憶された値に基づく。さらに、１３８０では、方法１３００ｂはまた、バックプレーン内の対応する行が再び選択されるまで、有効にされた発光素子の第２の行への駆動信号の適用を維持する工程を含んでもよい。発光素子の第１の行および発光素子の第２の行は、ディスプレイ内の発光素子の行のサブセットの一部であってもよい。サブセット内の発光素子の第１の行および発光素子の第２の行は、ディスプレイ内の発光素子の第１の物理的な行および発光素子の第２の物理的な行とは、対応して異なっている。
【0113】
方法１３００ｂは、バックプレーン内の異なる行のそれぞれに関連付けられた、発光素子の行のセット内の発光素子の第１の行の後の、残りの発光素子の行のそれぞれについて、バックプレーン内の異なる行における発光素子の前の行への駆動信号の適用を順次無効にする工程と、バックプレーン内の異なる行を再び順次選択し、バックプレーン内の異なる行に関連付けられた複数のバックプレーンユニットセルのそれぞれについて、バックプレーン内の対応する行が再び選択された時点で、対応するデータ列内に設けられた値を記憶する工程と、バックプレーン内の異なる行のそれぞれについて、再び選択され、対応する値が記憶された後、バックプレーン内の対応する行に関連付けられた発光素子の現在の行への駆動信号の適用を有効にする工程を実行することをさらに含んでもよい。発光素子の上記現在の行に適用される上記駆動信号は、上記記憶された値に基づく。
【0114】
本開示は、ライトフィールドディスプレイなどの高解像度ディスプレイで使用するために、低消費電力および高い動作帯域幅を可能とするバックプレーンを実現する様々な技術および装置を説明している。
【0115】
したがって、本開示は、示された実施形態に従って提供されたが、当業者は、実施形態に変形があり得ること、およびそれらの変形が本開示の範囲内にあることを容易に認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正が行われてもよい。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】