屋外用カラー大型映像表示装置オーロラビジョンは、屋外の大規模な競技場用として実用化された。その有効性が認知されると、体育館やイベントホールなどの屋内で使える近距離用のニーズが顕在化した。さらに競合する企業が参入すると、高輝度化や高解像度化の技術開発が活発になり、徐々に用途を拡大しつつ、課題も見えてきた。ここでは、大型映像表示装置の用途拡大において直面した課題と、そこから誕生した新技術を紹介する。
5-1 市場の創造から第二世代の需要拡大へ
屋外用カラー大型映像表示装置の初号機は、約75 ～ 200 m 程度の視距離で使用されていた1)。大規模な競技場には適していたが、用途を拡大するには、比較的近距離から見ることのできる高解像度大型映像表示装置の開発が求められた。
5-1-1 第一世代大型映像表示装置の課題
オーロラビジョンの初号機は、直径28.6 mmの光源管を45 mmピッチで配列した。このような離散的な画素から連続的な画像を得るには、十分な視距離を必要とした。その後、映像を近くから楽しむために直径20 mmの発光素子が開発され、さらに高輝度化して用途を拡大するために直径35 mm光源管も開発された2)。図5-1は、それぞれの光源管を配列した表示ユニットである。(a)は直径20 mmの光源管を24 mmピッチで配列しており、視距離を短縮できる。(b)は直径35 mmの光源管を初号機と同じ45 mmピッチで配列しており、視距離が短縮されるわけではないが、画面を高輝度化できる。一方、各光源管はサイズを変えてもコストが下がる訳ではなく、高密度で配列して解像度を上げると、画面の面積当たりのコストが飛躍的に高くなる。結果的に直径35 mmの光源管は、高輝度化することで競馬場などの市場に広く浸透したが、直径20 mmの光源管は市場が限定的であった。即ち、大型映像表示装置を屋内でも使える近距離用へと用途を拡大するには、高解像度化とコスト削減を両立させるための技術開発が必要となった。
(b) 直径35 mmの光源管の表示ユニット
図5-１．オーロラビジョンの表示ユニット3)
図5-2は、１素子に３色を含む３色光源管の試作例である。この３色光源管は、３色の混色に優れ、視距離が短縮されるなどの付加価値を狙ったものである。単色管に比べて、同等のサイズに電子銃３本を密に実装するなど、難しい技術を必要としたが、コストが下がる訳ではなく、計画はシミュレーションによる画質の検証と発光素子の試作に止まった。
5-1-2 近距離型オーロラビジョンの開発
三菱電機は、1982 年に蛍光表示管（VFD）を配列した高解像度の近距離型オーロラビジョンの開発に着手した。第一世代のオーロラビジョンは、本社を中心に京都、尼崎（中央研究所）、そして長崎の技術者が組織を超えて取組んだ。これに対し、近距離型オーロラビジョンは、長崎製作所で独自に開発した。製品として市場に投入できた訳ではなく、詳細を紹介することに遠慮もあるが、その後の開発に大きな影響を与えた歴史の一コマとして、概要を紹介する。
(1)開発の背景
近距離型オーロラビジョンの開発当時は、他の企業が参入する前であり、オーロラビジョンの事業が本格的に軌道に乗る前でもあった。当時の技術者は、限られたメンバーで世界の競技場向けオーロラビジョンの受注活動・設計・製造・試験、そして現地調整に追われていた。その傍らで、近距離型オーロラビジョンの開発は数人の技術者で計画された。一方、当時は事業の立上げが優先され、開発技術者は頻繁に商談に駆り出された。結果的に入社２年目の新人技術者が主要な役割を果たすことになるが、実態は、実験室の片隅で細々と試行錯誤を繰返す地味な開発であった。
発光素子はVFDである。VFDは、当時、自発光でフルカラー表示を実現できる数少ない表示デバイスであった。その製造は、伊勢電子工業（当時）に依頼した。
(2)近距離型オーロラビジョンの概要
図5-3はVFDの外観である。真空のガラス容器内に赤、青、緑の３色の蛍光体による16 × 16の発光部が3 mmピッチでマトリクス状に形成されている。３色の配置は、第一世代オーロラビジョンに倣ってRGGBモザイク配列とした。表示は、カソードから放出された電子をメッシュ状のグリッドで制御し、陽極に衝突させて蛍光体を発光させる。
VFDは、発光部の周辺に非発光部が存在する。これを多数配列して画像を表示するには、個々の発光素子の発光部をライトガイドで拡大して非発光部を目立たなくすれば良い。しかし現実的には、発光素子間に生じる非発光部を光学的に見えなくすることは難しく、実験を繰返しながら適切な手法を検討した。ライトガイドで表示デバイス間の継ぎ目を目立たなくする事例は、その後、VFDや液晶を配列した大型表示装置の開発例が報告されている3)6)。
VFDは、独立した画素を直接駆動するオーロラビジョンの画像の制御方式は使えず、行電極と列電極の２種類の電極で表示を制御する。図5-4はVFDの制御電極と駆動信号の関係を示す。(a)は制御電極の構成、(b)は制御電極に印加する駆動信号のタイミングを表す。画素を駆動する信号は、行電極(X1 ～ 16)のグリッドに周期的に走査信号を印加し、蛍光体が塗布された陽極を構成する列電極(Y1 ～ 16)には、画像の濃淡に対応する時間幅のデータ信号を印加する。十分な輝度を得るために陽極の駆動電圧は100Vを超え、市販の駆動回路は使えなかった。
(b)VFDの駆動信号
図5-4．VFDの制御電極と駆動信号7)
ここではVFDを配列して表示ユニットを構成し、テレビ信号を各表示ユニットで分散して制御する新たな信号処理技術を開発した。さらに画素の駆動に必要なハイブリッドIC、発光部を拡大して周辺の非発光部を目立ち難くするライトガイドなども開発した。
(3)近距離型オーロラビジョンの表示
図5-5は、試作した近距離型オーロラビジョンである。(a)は、VFD８個を配列した表示ユニットで、個々のVFDの前面にライトガイドを装着している。写真では、VFDが見えるように右上のライトガイドを一つ外している。この表示ユニット25 個を配列して縦横約1 m × 2 m のスクリーンを試作し、1984 年に画像を表示した。(b)は、画像を表示した例である。
スクリーンの左側がライトガイドを装着した画像、右側がライトガイドを外してVFDを直視した画像である。発光素子の継ぎ目が目立つ未熟な出来ではあったが、第二世代オーロラビジョンの試作的位置付けとして、貴重な成果が得られた。
(4)大型映像表示装置の構成方法の革新
図5-6はオーロラビジョンの構成方法の比較を示す。(a)は第一世代オーロラビジョンの構成である。当時、各種平面ディスプレイが壁掛けテレビを目指して研究された時期であり、画像の表示方式は、プラズマディスプレイの制御方式を参考に設計されている8)。さらにビデオシステムとコンピュータシステムを含む基本構成は特許が成立している9)。画像は、画素のON時間の累積時間幅が画像の濃淡に比例するPWMである。画素は、１フィールド（1 / 60 秒）毎に画像の濃淡を表す階調数に応じてON/OFFが制御されるので、制御に必要な信号は、表示コントローラから大面積のスクリーン全体に高速のパルス信号として伝送される。特にパルス信号は、高速になると波形が乱れ、ノイズの影響を受けやすい。そこで表示コントローラの行・列の選択回路からスクリーンへの伝送や表示ユニット内の回路は、ノイズに強い12V系の電源で動作するロジック回路が使われた。
(b)近距離型オーロラビジョンの構成
図5-6．オーロラビジョンの構成方法の比較7)
このような構成は、表示ユニットの発光素子がオーロラビジョンの光源管のように画素を表示ユニットの外から直接制御するような表示デバイスには適していたが、液晶やVFDのように画素がマトリクス状に配列され、行電極と列電極の２種類の電極で画素を駆動する表示デバイスには適さない。
これに対し(b)は、近距離型オーロラビジョンの構成である。表示ユニットには、画像メモリと周辺の制御回路および駆動用ICを実装している。画素のON/OFFは、表示ユニット毎に独立して制御される10)。この新しい構成方法では、画像データは表示コントローラから各表示ユニットへバッファメモリ（BM：Buffer Memory）で低速に変換して伝送される。画像メモリは、表示ユニットの32 ×64の発光部に対応して安価な小容量のメモリで良く、バッファメモリも走査線の1本分の容量で十分であった。外部のノイズの影響は小さく、表示ユニットのロジック回路は画像メモリの制御に適した5V系とした。この構成は、VFDだけではなく、液晶その他、各種の表示デバイスに適用できる。第一世代オーロラビジョンでは、表示コントローラと表示ユニットは一体で開発されたが、新しい構成では、インターフェースを合わせておけば、両者は独立して開発できる。近距離型オーロラビジョンでは、表示コントローラの主要な機能を流用し、表示ユニットの開発に専念できた。この構成は、その後のオーロラビジョンの開発において設計の効率化と技術の発展に大きな影響を与えている。
5-1-3 類似技術の開発例
VFDを配列した大型映像表示装置は、1986 年に双葉電子工業からも類似の開発例が報告された5)。図5-7は、そのVFDの構造と大型映像表示装置の表示例である。VFDは、前面にライトガイドを装着して配列したときの継ぎ目を目立ち難くしている。考え方は、三菱電機の近距離型オーロラビジョンと同じであるが、発光素子のVFDに特徴がある。(a)は、VFDの構造である。通常のVFDと異なり、電子は、蛍光体の裏面から照射され、前面側に発光する。フェースプレート内面に蛍光体を形成し、陽極は、アルミ薄膜を100μmピッチで線幅10μmのストライプ状にして透過性を持たせている。この方式は、発光部とライトガイドとの距離がガラスの厚み程度に短縮され、光の利用効率は高い。さらに画素は縦横に３分割され、各画素内の色は混色しやすい。また、カソードには、補助カソードを設けてカソード端部の温度低下による電子放出の減少を補っており、発光部周辺の非発光部は短縮される。これらの工夫によって、ライトガイドの効果的な利用が可能になり、画面における発光素子間の継ぎ目は目立ち難くなる。
(b) 表示例
図5-7．VFDの構造と表示装置の表示例5)
(b)は、大型映像表示装置の表示例である。この表示装置は、学会では発表されたが5)、三菱電機の近距離型オーロラビジョンと同じく、製品化には至っていない。VFDの蛍光体は、CRTと違って低電圧で駆動できるが、高輝度化と長寿命化の両立に課題があった。その後、双葉電子工業は高電圧を印加するジャンボトロンの発光素子開発に専念したと考えられる。
伊勢電子工業および双葉電子工業は、それぞれ三菱電機およびソニーと共同開発に取組み、VFD技術がオーロラビジョンとジャンボトロンに使われた。
5-2 液晶を配列した大型表示装置
３章で紹介した各種平面ディスプレイは、何れもタイル状に配列することで、大型映像表示装置を構成できる。その中で、比較的近距離から画像を観視できる屋内用の大型映像表示装置として、液晶を配列した大型映像表示装置が３社から製品化されている。ここではそれぞれの概要を紹介する。
5-2-1 三菱電機のスペクタス
三菱電機では、オーロラビジョンの開発とは別組織の相模製作所（当時）が屋内で使える近距離用のニーズに対応するために液晶パネルを配列した大型映像表示装置を開発した。このシステムは、駆動回路、照明装置が一体化されたモジュールを配列しており、1983 年に発表され11)12)、スペクタスと命名して商品化された。製品は、翌年の1984 年から出荷されている。
図5-8はスペクタスのスクリーン構成および表示例である。液晶パネルは、約60 mm×460 mmで、8×64画素を7.2 mmピッチで配列している。各画素は、赤、青、緑の３色を含む。液晶は透過形TN液晶で、応答速度は約30 msである。液晶パネルの画素は、パネルの外部から各画素を直接駆動するスタティック駆動である。この駆動は、パネルの外部に取り出す電極は増えるが、高コントラストと広視野角を実現できる。液晶パネルの背後の照明装置は、３波長タイプの特殊蛍光ランプ、拡散板、反射板および拡散反射板から構成され、スクリーン全体が均一な表示を実現している。各画素の赤、緑、青は光学フィルタにより生成される。
(b) スペクタスの表示例
図5-8スクリーンの構成および表示例11)
液晶は、表示面に偏光板があり、テレビ用のCRTなどと違って、表示部に入射した外光は反射が抑制される。従って、液晶を配列した大型表示装置は、コントラストに優れており、地下街、銀行、空港、競艇場、文化会館など、人が集まる屋内の明るい環境で使用される大型表示装置として一定の需要があった。
三菱電機では、1987 年にはゲストホスト型液晶を使って性能を改善した大型表示装置「スペクタスⅡ」を開発した13)。輝度は250 cd/m2から300cd/m2以上に改善され、さらにコントラストおよび視野角も改善され、需要の拡大に貢献している。図5-9はスペクタスⅡである。(a)はモジュール構成、(b)はスクリーンの表示例である。
(b)スペクタスⅡの表示例
図5-9．スペクタスⅡのモジュールと表示例3)
この分野には、松下通信工業・松下電子部品、東芝などが参入した。
5-2-2 松下通信工業の液晶アストロビジョン
図5-10は、松下通信工業・松下電子部品が1984 年に発表した液晶式大型力ラー映像表示装置である。(a)は表示部の構造、(b)は表示例である。液晶は、ゲストホスト型が使用されている14)。三菱電機のスペクタスは、各画素間に液晶パネル間の継ぎ目に相当するギャップを設けて継ぎ目を目立ち難くしており、画素の開口率、即ち輝度が制約されて輝度は低下する。これに対し、この液晶アストロビジョンは、継ぎ目を容認して画素の開口率を拡大しており、輝度は高くなる。
(b)表示例
図5-10．液晶大型力ラー表示装置の構造と表示例14)
1984 年の発表段階では、液晶パネル間の目地は容認されているが、この翌年には表面にライトガイドを装着して継ぎ目を目立ち難くし、つくば博に出展している6)。液晶は、自発光ではなくバックライトの光を液晶層で画素のON/OFFを制御しており、カラーフィルタで色を出している。その後、松下通信工業から液晶アストロビジョンとして製品化されている15)。
5-2-3 東芝の液晶式スーパーカラービジョン
東芝は、ゲストホスト型液晶を使った大型映像表示装置を開発している。液晶式スーパーカラービジョンである。図5-11は、1991 年に発表された大型映像表示装置で、(a)はゲストホスト型液晶の構造、(b)は液晶モジュール、(c)は表示例である16)。
(c)表示例16)
図5-11．液晶式スーパーカラービジョン
液晶モジュールは、三菱電機製のスペクタスの構造に近く、液晶パネルをマトリクス状に配列するときのつなぎ目が目立ち難い設計条件を実験によって見出している。例えば、画素間のブラックマトリクスの幅に対し、隣接するパネルの画素間に生じるブラックマトリクスの幅を1.2倍以下に設計している。ライトガイドは必要としない17)。
5-2-4 液晶を配列した大型映像表示装置の終息
液晶を配列した大型映像表示装置は、屋内の比較的明るい環境で、しかも近距離から画像を観視できる大型映像表示装置である。３社が独自の技術に基いて製品化しており、後述する第二世代大型映像表示装置の高解像度タイプと並行して市場に浸透した。各社とも一定の出荷実績がある。LED方式大型映像表示装置が登場すると出荷数が減り、三菱電機では1996 年の出荷を最後に市場から姿を消した。松下通信工業や東芝でも、時期は不明であるが、同様と思われる。
5-3 第二世代オーロラビジョンの誕生
三菱電機は1985 年にVFDの製造技術とCRTの原理を応用した新しい発光素子の開発に着手した。近距離型オーロラビジョンが長崎製作所で独自に開発したのに対し、第二世代オーロラビジョンの開発は伊勢電子工業との共同開発であり、当時の三菱電機応用機器研究所も重要な役割を果たした。
(1) 第二世代オーロラビジョン開発の背景
近距離型オーロラビジョンは、ライトガイドによる発光素子間の継ぎ目の解消が不十分で、画質に課題があった。表示デバイスのVFDは、輝度と寿命が十分ではなく、高輝度で発光させると発熱もあり輝度が急激に低下した。
三菱電機は、VFDの課題を解決する次世代表示デバイスを構想し、1985 年の前半に伊勢電子工業に共同開発の提案に出向いた。驚いたことに伊勢電子工業では、近距離型オーロラビジョンで顕在化した高輝度化と長寿命化の両立を目指して、高電圧を印加する独自のVFDを検討していた。初回の打合せ時にこの試作品を三菱電機に紹介してくれた。あとで分かったことだが、三菱電機の技術者が1984 年末に某学会の会場で伊勢電子の常務に出会い、近距離型オーロラビジョンの写真（図5-5）を紹介していた。この写真が「三菱の新しい表示装置は実用化に近い」という情報として伝わり、伊勢電子では、次期テーマとして高電圧を印加するVFDを検討していたのである。偶然とはいえ、写真の影響は大きかった。当時は、VFDの技術を利用したジャンボトロンが登場する時期でもあり、三菱電機と伊勢電子工業は、すぐに共同開発に合意し、新発光素子の開発が開始された。
(2)発光素子FMCRTの概要
発光素子は、1辺60 mmの正方形に15 mmピッチで16の発光部を含む。画素配列は第一世代と同様のRGGBモザイク配列である。光源管の配列が45 mmピッチの第一世代オーロラビジョンに対して解像度が大幅に向上する。開発のコンセプトは、高解像度化とコスト削減であり、画素当たりのコストは、第一世代オーロラビジョンの10 分の1を目指した。この発光素子は、フラットなガラス面に画素がマトリクス状に形成され、CRTのように高電圧を印加することからFlatMatrix CRT（FMCRT）と命名された。図5-12はVFDと試作したFMCRTの外観、図5-13はそれぞれの等価回路の比較である。
図5-12．VFDと試作した新発光素子の外観4)
（左：VFD，右：FMCRT）
図5-13. VFD（左）と新発光素子（右）の等価回路7)
VFDの技術は、平面のガラスを貼り合せた容器や内部構造、さらに製造技術に使われている。フェースガラスの内面に蛍光面の陽極を形成し、対面のガラス基板側にカソードを配置する。カソードは、VFDの線状カソードで、電池式電卓のVFDに使われており、CRTの電子銃に比べて消費電力を大幅に削減できる。カソードから放出された電子は、制御電極で制御され、陽極の蛍光面に衝突することで発光する。各ガラスは低融点ガラスで封止される。CRTの原理は、高電圧を印加する陽極と蛍光体をアルミで蒸着した蛍光面に使われている。これが発光効率を高め、VFDが課題とした高輝度化と長寿命化の両立を実現している。
VFDがグリッドと陽極を制御するのに対し、FMCRTは陽極に一定の8kVを印加し、カソード周辺の２種類の制御電極を制御する。図5-14はFMCRTの略図と駆動の説明図である。特徴は、(a)の断面の略図に示すようにX電極がカソード背面に印刷され、Y電極が蛍光体とカソード間にカソードを囲むように配置される。X,Y電極は、(b)のマトリクスを構成し、VFDの制御と同様に、それぞれ走査信号と画像データに対応する時間幅のデータ信号を印加する。(c)は、各電極に印加する電位の関係を示している。陽極の8kVはゼロボルト（GND）を基準にしている。カソードを加熱する交流電圧Efは平均の電位をＮとする。X,Yの両電極に印加される走査信号とデータ信号は、何れもGNDを基準とする同程度の電圧のパルスで、電位Ｎに対してON, OFFの電位が定義される。X,Yの両電圧がONのときカソードから放出された電子が陽極の蛍光体に達して発光する。片方あるいは両方がOFFのときは電子が放出されない。輝度は主に陽極電圧に依存し、制御は一般のVFDと同程度の電圧パルスで良く、市販のVFD用の駆動回路が使われる。ここでY電極の駆動パルスは、輝度のばらつきを補正するために波高値が微調整される。
(c)駆動電圧の電位
図5-14. FMCRTの略図と駆動の説明図7)
(3)FMCRTの発光と課題
図5-15は1985 年に試作した最初のサンプルの点灯例である。FMCRTは、狭い容器内に含まれる電極が多く、陽極には8kVの電圧を印加する。最初の点灯では、電極の隙間からの電子の漏れ、管内の微細な突起からの放電、管内の絶縁部への帯電による異常発光などの不具合現象が多発した。これらを一つ一つ対策して完成度を高め、1985 年の秋には、FMCRTを16 個配列した表示ユニットのデモ機を社内公開している。一方、不具合現象は、厄介ではあったが、新たな電極構造の着想に役立った例もある。例えば図5-14(a)において、カソード背面のガラスに印刷されたX電極は、当初、十分なサイズではなく、X電極周辺の絶縁物表面が負に帯電してカソードからの電子の放出を妨げた。これはX電極のサイズを微調整して改善した。この静電気の帯電にヒントを得て、X電極の近傍に第二の電極を印刷して背面電極だけで電子を制御できると考えた。即ちX電極とY電極の両電極をカソードの背面に印刷し、これらを１枚のシールド電極でカバーするアイデアである。内部の金属パーツが大幅に削減され、信頼性の向上とともにコストを削減できる18)。後日、新たなFMCRTに適用し、その後、全てのFMCRTに適用することになる。
(4)オーロラビジョンマークⅡ
FMCRTの制御は、近距離型オーロラビジョンの構成方法（図5-6）を流用した。特徴的な設計として、表示ユニットの基板には16 個のソケットを並べておき、各FMCRTにはプラグを装着した。このプラグおよびソケットにより、16 個のFMCRTは表示ユニットの基板に任意に着脱できる。この着脱は、第一世代のオーロラビジョンも同じであるが、ここではプラグ側にロックピンを設けている。挿入時はカチット音がして固定され、所定の力以上で引く抜くことができるので、メンテナンスに便利である。この設計は、その後の第二世代オーロラビジョンの全機種に引き継がれた。さらに表示ユニットは、駆動回路として市販のVFD用の駆動回路を使い、陽極の駆動は、表示ユニット内に高電圧を発生する電源を実装している。図5-16は16 個のFMCRTを配列した表示ユニットの外観である。発光部は、発光素子内外で画素が均等に配列され、発光素子間、あるいは表示ユニット間の継ぎ目は目立たない。
FMCRTを開発することによって、1986 年 6 月には、輝度1300cd/m2の屋内用オーロラビジョンマークⅡが実用化された19)。図5-17は第二世代オーロラビジョンとして初めて製品化されたオーロラビジョンマークⅡの製品展示説明会のときの記念写真である（1986 年 6 月）。写真右上が製品化時のFMCRTである。スクリーンには、このFMCRTは3072 個が配列されており、表示ユニットとしては192 個である。初号機は1986 年内に米国に出荷されている。競技場やイベント会場、体育館などで使用されたが、1990 年の出荷を最後に、新たに開発された後述の屋内高解像度型に置換わった。
5-4 CRTを応用した第二世代 大型映像表示装置
大型映像表示装置は、各社とも単色あるいは１画素の発光素子を配列する方式から第二世代の高画素密度の発光素子を配列する方式に発展し、それぞれ大型映像表示装置の市場拡大に貢献している。ここではCRTを応用した各社の技術を調査する。
5-4-1 三菱電機
(1)屋外高輝度型
三菱電機では、第二世代大型映像表示装置としてオーロラビジョンマークⅡを実用化すると、FMCRTのシリーズ化の一環で、屋外で使用するために屋外高輝度型FMCRT-HB（HB: High Brightness）を開発した。図5-18 (a)はHBの構造である。HBは、1辺が約80 mmの正方形で16の発光部を含む。制御はオーロラビジョンマークⅡと同じである。過酷な屋外環境で、しかも4000 cd/m2の高輝度で使用され、発熱もある。発光素子の設計に特徴があり、直射日光下の高画質化対策も必要とした。
(b)屋外高輝度型FMCRTの外観4)
図5-18．屋外高輝度型FMCRT-HB
HBの設計では、高輝度・長寿命化を目指し、各発光部は４ドット毎に規則的に面積を拡大した20)。これは、本来等ピッチで配列すべきドットが不等ピッチ化されるので、画質への影響を心配して反対意見も多かったが、輝度・寿命を優先して採用された。RGGBの４ドットを１画素として、画素ピッチは40 mm、ドットピッチは平均20 mmとなる。心配された不等ピッチ化の画質への影響は、適切な視距離で見る限りほとんど無かった。理論的にも不等ピッチ化によって生じるモアレなどの画質劣化も無く、逆に輝度が高くなることによる画質の改善効果が大きかった21)。不等ピッチ化の詳細は７章に示す。その後のFMCRTの開発では、全機種に採用された。さらに高輝度化対策として陽極電圧を8kVから10 kVへと高めた。高電圧化すると、管内の突起部や異物からの放電が増える傾向にあり、発光素子内部の電極は表面が滑らかな絞り加工にして管内放電を軽減した。
この開発では、当初、FMCRT-HBを配列した表示ユニットの前面にひさしを設けた状態で3 m × 4 m 程度の試作スクリーンに画像を表示した。開発担当者は、ひさしの効果もあり画質に満足気味であったが、第一世代の開発者からは、太陽光下での黒が十分ではなく、「使いものにならない」という厳しい指摘があった。そこで直射日光下のコントラスト改善対策として、各発光素子の前面にレンズ・フィルタを装着することになった。レンズは、アクリル製で（後日ポリカーボネート製に変更）、発光素子側にフィルタを印刷し、接着剤で発光素子の前面に接着した。フィルタは、蛍光体と同じ色のカラー塗膜で、発光色を効率的に透過させて外光の反射を抑制する。レンズはカラーフィルタによる輝度の低下を補う。
図5-18(b)はレンズ・フィルタと一緒に撮影した発光素子の外観である。フィルタの印刷およびレンズの接着工程は、長崎製作所のユニット組立ラインに隣接して立ち上げた。屋外の過酷な環境を想定した信頼性試験では、レンズ・フィルタが剥がれるなどの課題もあった。ここでも試行錯誤を繰返し、安定した品質の工程を確立できた。こうして屋外用の高輝度で高コントラストの大型映像表示装置を実現した22)。
図5-19は、屋外用FMCRT-HBを16 個配列した表示ユニットである。屋内型と同様に表示ユニットの基板には16 個のFMCRTを自在に着脱できる。屋外の高輝度用途ゆえ、風雨にさらされる過酷な環境で防水性と信頼性を維持できるように特殊なパッキンを製作した。十分な信頼性試験を実施したが、初期段階では、いくつかの不具合現象も経験した。これは高輝度による発熱や10kVの高電圧、さらに湿度の影響によるもので、詳細は後述する。各不具合は原因を究明し、それぞれの対策は、加速試験を含めて十分に検証した。その結果、高い信頼性を確立し、このFMCRT-HBの開発によって、第二世代オーロラビジョンの事業が本格化した。後日、LED方式の第三世代になると、三菱電機を含めて各社の製品は次々とLED方式に移行するが、最後まで存続したのがこのFMCRT-HBであった。
(2)屋内高解像度型
図5-20は屋内高解像度型FMCRT-HR（HR: High Resolution）の説明図である。(a)は構造の説明図、同図(b)は外観である。屋内高解像度型は、画素数を４倍化して1辺60 mmの正方形に64の発光部を含む。第一世代オーロラビジョンの反省が高解像度化してコストが高くなったことである。FMCRT-HRでは、高解像度化とコスト削減の両立に向けて、内部構造を簡素化した。例えば、X，Y電極を印刷で形成して金属部品を削減し、さらにカソードは２画素で共有した。そして印刷した制御電極は、カソードとともにシールド電極でカバーした。この案は、当時、伊勢電子の技術者がいくつかの電極構造を検討しており、その中に１本のカソードの両側に電子を２画素に偏向して制御する電極を設ける案があった。それに三菱電機の技術者が偏向用の電極をカソードの背面に印刷する案を提案した。そして三菱電機と伊勢電子の共同の特許を出願した23)。共同開発においては、その後、大半の特許を共同出願することなった。この特許の共有の結果、議論が活発になり開発が加速した。こうして部品点数を大幅に削減して内部を簡素化し、高画素密度化によるコスト上昇を抑制してFMCRT-HRを実用化できた24)。図5-20(b)において、フェースガラス表面がマイクロレンズ状なのは鏡面反射を避けるためである。
(b) 屋内高解像度型FMCRTの外観4)
図5-20．屋内高解像度型FMCRT-HR
(3)高付加価値化およびコスト削減
屋外用新FMCRTとして 高付加価値化およびコスト削減に取組んだ。FMCRTの高付加価値化では、屋外用の高解像度タイプのFMCRT-HG（HG : High Grade）を開発した25)。HGは、HBの画素ピッチ40 mmに対し、25 mmにして解像度を高めており、輝度は5000 cd/m2を実現している。さらに容器サイズは、約50 mm × 200 mmの長方形にして真空に対する応力を強化し、表示部の面積を拡大した。発光素子内には64画素を含み、画素当たりのコストを削減した。
コスト削減では、屋外高輝度型FMCRT-HBと同等の仕様でサイズを２倍化し、電極構造を簡素化した新発光素子FMCRT-WHBを開発した26)。WHBの画素ピッチはHBと同じ40 mmである。輝度は6000 cd/m2とし、寿命は、輝度2500 cd/m2を維持できる実用的な使用時間の20000 時間とした。
HGとWHBは、何れも長方形である。制御電極は、印刷などによって行電極と列電極をカソードの背面に形成し、カソードおよび制御電極を１枚のシールド電極でカバーした。構造が簡素化され、さらに表示部の面積を拡大して画素が増えており、画素当たりのコストを削減している。内部構成は、HG、WHBともに共通の図5-21で表わされる。
図5-22は、各FMCRTの外観である。左から屋内高解像度型HR、屋外高輝度型HB、屋外高解像度型HG、さらに屋外高輝度型のダブルサイズ版WHBである。これらの設計には、画素が適度に分離したRGGBモザイク配列が役立った。さらに各FMCRTは４画素毎に規則的に画素面積を拡大し、高輝度・長寿命化を図った。これらの発光素子は、メンテナンスに適したサイズの表示ユニットを構成する。さらに図5-6(b)の構成方法に従って大画面のオーロラビジョンが構成される。
こうして第二世代オーロラビジョンは、第一世代の課題であった高解像度化とコスト削減の両立を実現し、屋内用途から屋外用途まで市場を拡大した。第二世代オーロラビジョンは、1996 年に開発されたLED方式オーロラビジョンと並走し、2002 年の最後の出荷まで続いたのは、画質とコストに競争力があったことによるもので、大型映像表示装置の事業に貢献した。
5-4-2 ソニー
ソニーは、1985 年のつくば博に野外巨大カラー映像装置ジャンボトロンを出展した。この世界最大の野外巨大カラー映像装置は、市場へのアピールとして、十分なインパクトがあり、同時期に開発・実用化された高解像度の発光素子トリニライトを配列したジャンボトロンが次々と市場に投入されている。
(1)屋内型トリニライト
ジャンボトロンの初号機を1985 年のつくば博の展示とすると、製品一号機は、同じ年に米国カリフォルニアの教会に屋内型として設置されたジャンボトロンである27)。発光素子のトリニライトは、内部に８画素を含み、各画素は22 mmピッチで配列されている。図5-23は、屋内型のトリニライトの説明図で、(a)は概略の構造、(b)は外観の写真である。各画素はそれぞれR，G， Bの３色を含む。
(b)発光素子の外観29)
図5-23.屋内用トリニライト
詳細な内部構造の説明は、1984 年 12 月に出願された特許（特公平6-1674など）の明細書に詳細な図とともに記載されている。つくば博のトリニライトが陽極を蛍光面側から引出したのに対し、ここでは裏面の排気管から引出している。この構造によって高電圧を印加する発光素子の信頼性は改善される。その後、このトリニライトは、屋内外共用に改良されて屋外でも使用されている。この陽極を裏面の排気管から引出す構造は三菱電機も同じ時期に着想しており、特許を出願したが（特開昭61-250961）、トリニライトの出願がやや早かった。細部の構造が異なっており、特許に抵触することは無かったが、技術的に競合する技術者は、同時期に同様のアイデアを着想することを実感させられる。
(2)屋外型トリニライト
トリニライトは、前述した画素ピッチ22 mmの機種とつくば博に出展された機種の中間的な仕様として、画素ピッチ50 mmの屋外型も開発された。図5-24は屋外用トリニライトの説明図である。同図(a)は概略の構造、(b)は外観の写真である。(a)に示されるように、２画素が1 個の真空容器に配置されている。詳細な内部構造は、前述の特公平6-1674などの特許明細書に記載されている。
(b)発光素子の外観29)
図5-24.屋外用トリニライト
画素ピッチ50 mmの屋外型トリニライトは、当初の輝度は2,700 cd/m2あったが、その後は各社から4000あるいは5000cd/m2の機種が実用化され、トリニライトも、その後は5,000cd/m2に改良されている30)。蛍光体は、色ごとに発光効率や寿命が異なるが、改良後は蛍光面の３原色の面積を調整し、さらに各蛍光体の電流密度と発光の分布を改善して、良好な輝度および発光効率を実現している31)。
(3)屋内型高解像度トリニライト
ジャンボトロンは、屋内型および屋外型のトリニライトを実用化すると、さらに高解像度の機種開発に着手し、1989 年に発表している32)33)。ホテルやショッピングモールあるいは会議場などに設置して、比較的近距離から見ることを想定している。
図5-25は、最も解像度が高いジャンボトロンの発光素子である。1つの発光素子内に16画素が15 mm ピッチで配列されている。当時の屋内用としては十分な輝度1400 cd/m2である。
図5-25．ジャンボトロンの高解像度発光素子32)
画素ピッチが短縮されると、電子ビームの精細な制御が必要になる。さらに解像度が高くなると、一般にコストが上がることから、設計ではコスト削減の工夫として内部構造の簡素化も必要となる。
図5-26は、高解像度発光素子の電極構造の説明図である。フォトリソグラフィで微細加工した３枚のメッシュ状平面電極板G1，G2，G3で2枚のセラミックスペーサーを挟み込む積層構造である。これらの電極は一体化して構成されるので内部構造は簡素化される。制御は、中央のG2が電子を制御し、G1及びG3 は一定電圧が印加される。他のトリニライトが各画素に対応してカソードを配置するのに対し、高解像度トリニライトでは、１本のカソードを赤、青、緑の３画素で共有し、部品点数が大幅に削減されている。
(4)高付加価値化
トリニライトは、既に実用化した画素ピッチ22 mmおよび50 mmの機種に続いて、次の高付加価値機種として、輝度および解像度を改善した機種が開発されている30)。屋外用は画素ピッチ35 mmで輝度5000 cd/m2、屋内外共用は画素ピッチ17.5 mmで輝度4000 cd/m2である。それぞれ発光素子としての完成度が上り、市場では従来のジャンボトロン以上に販売されている。
さらにジャンボトロンの高解像度化を目指して高密度を有する屋内用のCRTマトリックスユニットが開発されている。図5-27はその略図で、(a)はCRTマトリクスユニット、(b)は各CRTの構成である34)。各CRTは、一辺が約60 mmの正方形の表示部に画素が7.5 mmピッチで64画素が配列されている。各画素は、赤、青、緑の３色を含む。画素密度は、図5-25の高解像度機種に比べて４倍になり、素子間の継ぎ目が目立ち難い様に、ファンネル部は極限まで薄く設計されている。ただしこの開発は試作にとどまり、実際に製品化されたわけではない。
(b)CRTの構成
図5-27． CRTマトリクスユニット34)
5-4-3 その他
図5-28は富士通から特許出願された発光素子の説明図である35)。１素子内に複数の画素が含まれ、各発光部に対応して電子銃を備えている。実用化された訳ではないが、特許は1981 年に出願されており、この時期、様々な企業が大型映像表示装置の製品化に興味を持ったことが伺える。
(b)発光素子の断面図
図5-28.特許が出願された発光素子35)
5-5 放電管を応用した 第二世代大型映像表示装置
東芝電材が開発したCHD管は、屋外大型映像表示装置として業界初の5000cd/m2を達成した。放電管を応用した第二世代大型映像表示装置では、管内に複数の発光部を含む高解像度の発光素子が開発され、輝度は5000cd/m2を維持している。ここでは第二世代大型映像表示装置における各社の発光素子開発例を紹介する。
(1)東芝ライテック
東芝ライテックは、赤、青、緑の３種類の放電管を配列する第一世代の大型映像表示装置を、発光素子内に複数の発光色を含む第二世代の大型映像表示装置へと発展させている36)。図5-29は第二世代の発光素子MCD管（MCD管：Multi Colored Discharge Tube）である。(a)は構成図、(b)が外観を示す。MCD管は、1辺20 mmの正方形に４発光部を含み、22 mmピッチで配列される。画素を密度化することによって高解像度の表示を得ている。さらに発光素子の容器を金属で構成して開口率を高め、輝度4000 ～ 5000cd/m2を実現している。低圧の水銀蒸気の放電による紫外線で蛍光体を励起して発光させるもので、高輝度を得やすく低電圧で駆動できるなどの特徴がある。
(b) 発光素子MCD管の外観38)
図5-29. 発光素子MCD管
図5-30は発光素子LMCD管（LMCD管：Large MCD Tube）の外観である。画素ピッチは39 mmで輝度は5000cd/m2である37)。開口率が高く、高輝度を得やすい。野球場などへの納入実績がある。市場には、MCD管以上にLMCD管が多く出荷されたとされる。理由は分からないが、三菱電機の屋外用途において画素ピッチ25 mmのHGより画素ピッチ40 mmのHBが高開口率で長寿命の表示装置として市場に多く出荷された状況に類似している。
(2)松下通信工業・松下電子工業（当時）
松下通信工業・松下電子工業（当時）は、RGBトリオ配列の2画素を一体化した高密度・高輝度の蛍光放電方式の発光素子を開発し、高輝度大型映像表示装置アストロビジョンとして実用化した39)。図5-31は、発光素子の説明図である。(a)は構成図、(b)が外観を示す。画素ピッチは18 mmで、輝度5000cd/m2である。発光素子は、後方に共通陰極を設けている。独立した陽極をもつ放電路６本で形成されており、各々の放電路の放電電流は独立して制御できる。(a)の構成図は、特許明細書にも記載があり、内部構造の詳細もこの明細書が参考になる40)。同一方式で画素ピッチ14 mmのものも実用化されており、これが放電方式では最も画素密度が高く、高解像度の表示を実現している41)。
(b) 発光素子の外観42)
図5-31．RGBトリオ配列の蛍光放電方式発光素子
(3)松下電工
松下電工（当時）は、10 ～ 50 m の比較的近距離用で、昼間でもきれいに見える大型カラー映像ディスプレイの実現を目指して、放電を利用した小型で高輝度の発光素子を開発した43)。図5-32は小型発光素子と表示装置の表示例である。(a)は、発光素子の構造で、表示面に沿ってUの字状に屈曲した４本の独立した放電路により各色を発光し、この放電路に対応して共通のカソードを設けている44)45)。この放電路はセラミックで成形しており、表示面の板ガラスと気密封着して放電チャンバーを形成している。1辺が23 mmの発光素子は25 mmピッチで配列され、輝度は5000cd/m2である。(b)は1989 年の世界デザイン博に展示された大型映像表示装置Skypixの表示例である。Skypixは、そのほか1990 年の国際花と緑の博覧会のメインホールに設置され、6カ月間にわたって活躍している。
(b) 大型映像表示装置Skypixの表示例4)
図5-32. 放電を利用した小型発光素子と表示例
5-6 発光素子における画素配列の特徴
独自技術で開発されたCRT方式あるいは放電方式の発光素子は、それぞれをマトリクス状に配列して大型映像表示装置が構成される。その画素配列は、図5-33 (a)のRGBトリオ配列と(b)のRGGBモザイク配列に大別される。これらは、何れもCRT方式、放電方式それぞれに採用されており、発光素子を設計する上で重要なパラメータでもある。画質にも特徴が生まれることから、ここでは画素配列の特徴を比較する。
(1) RGBトリオ配列とRGGBモザイク配列
図5-33は、代表的画素配列と制御の比較を示す。(a)は、RGBトリオ配列である。３色（R，G，B）が近接して混色しやすく、各画素が映像信号の走査線あるいは標本点に対応して制御される。これは分かりやすい。これに対し(b)は、RGGBモザイク配列である。画素内の各色が分離しており、混色に課題があるが、一般に、視感度が高い緑の影響で解像度が高く感じると言われている46)。さらに画素の駆動は、映像信号の標本化周波数を高速化して各色を個別の画素のように、画像の走査線あるいは標本点に対応させて制御する。その結果、標本点の密度が高くなり、確かに実質的な解像度は高くなるが、どの程度高くなるのか定量的な考察が少なく、このことがRGGBモザイク配列の解像度を分かり難くしている。大型映像表示装置では、この問題を明らかにするために画素配列と画質の関係が理論的に考察されている47)。この文献によれば、(b)の配列は、(a)の配列と比較して、標本点および走査線の密度が高くなり、見かけの画素数が約２倍に増加する47)。これは(b)の実線の画素に対し、破線のように隣接画素が縦横斜めに重複することに対応する。即ち、トリオ配列は混色を優先する用途に適するのに対し、RGGBモザイク配列は、十分な視距離で高解像を得る用途に用途に適している。
(b)．RGGBモザイク配列
図5-33．代表的画素配列と制御の比較7)
(2)RGGBモザイク配列の効果
図5-34はトリオ配列とRGGBモザイク配列を適用した発光素子の比較である。発光部の白っぽい蛍光体は、外光を反射して画像のコントラストを低下させる。コントラストの改善は、5-4-1で述べた屋外高輝度型のレンズ・フィルタが効果的である。
各画素配列は、何れもカラーフィルタによって発光色を透過させつつ外光の反射を抑制できる。ただし輝度もある程度低下する。ここでRGGBモザイク配列は、３色が適度に分離しており、各色へのレンズの装着に適している。レンズは輝度の低下を補うことでフィルタを濃い目に設定できる。このレンズ・フィルタによって、RGGBモザイク配列は、明るい環境下で輝度を維持したままで黒レベルが低下し、高コントラストの映像を表示できる。図5-35は、スクリーンが並べてあり、非点灯時の画面の黒さを比較できる。中央の表示装置は、レンズ・フィルタを装着した例である。屋外の明るい環境において、画面の黒が周辺の黒塗装よりも黒く、レンズ・フィルタがコントラスト改善に効果的であることを示している。
5-7 CRT方式特有の設計
CRT方式は、放電管などの他の方式と比較して、約10kV程度の高電圧を使用ことによる課題が指摘されている。例えば、屋外におけるガラス表面への塵埃の附着や防水・信頼性、さらにコストである48)。CRT方式を採用した三菱電機やソニーは、同様の課題に直面し、それぞれの努力で解決している。ここではCRT方式における設計上の特徴と特に注力した寿命および信頼性について紹介する。
(1)カソードの設計
各発光素子は、高解像度化とコスト削減の両立が課題である。特にCRT方式は、線状カソードの端部の温度が低く、カソード端部からは十分なエミッションを得難い。そこで各発光部に１本のカソードを設けてカソード全体のエミッションを利用してきた。一方、高解像度の発光素子では、カソードの効率や部品点数削減によるコスト削減を考慮した工夫がある。それぞれの特徴を紹介する。
トリオ配列を採用したジャンボトロンは、図5-25に対応する高解像度型の設計において、１本のカソードをR，G，Bの３画素で共有している。カソードは、中央と両端部では、温度の違いによって電子の放出量が異なる。そこで図5-36に示すように共通のカソードから放出された電子がG1メッシュに至るまでに均等になるように設計されており、電子はG2メッシュ（図5-26）によってON/OFFを制御している。
これに対しRGGBモザイク配列を採用したオーロラビジョンは、１本のカソードを２画素で共有している。カソードから放出された電子は、カソードの背面に印刷で形成した２種類の制御電極（X電極とY電極）で図5-37のように制御される。ここでは、走査電極xiとデータ電極yjが共に正のとき、開口部１から電子が放出されることを示している。即ち、電子は、X電極（走査電極）とY電極（データ電極）の両者がカソード電位に対して正のときにカソードの中央付近から放出された電子がシールド電極の開口部を通って陽極に達する。X,Y電極の片方、あるいは両方が負の場合は、電子は放出されない。画像の制御では、X電極に走査信号、Y電極にデータ信号を印加している。
ここで複数の発光部によるカソードの共有は、CRTでは、電極構造に相当な工夫が必要になるので、CRT方式特有の設計として紹介した。ただしカソードの共有は放電方式でも同様な工夫がある。東芝ライテックあるいは松下電工Skypixの発光素子は、何れも共通のカソードを４つのアノード（発光部）で共有している。アストロビジョンにおいては共通のカソードを６つのアノード（各３色の２画素）で共有している。何れも高解像度化に対応した部品点数の削減であり、消費電力の削減にもなる。
(2)信頼性
発光素子の信頼性において、陽極に10kV程度の高電圧を使うトリニライトやFMCRTは、同様の課題に直面している。特に屋外用途では、ガラス封止部が剥離して破壊に至る不具合に悩まされた。原因は、高輝度で使用することで発熱し、高電圧でガラス内のナトリウムイオンが移動して封止部に蓄積したことによる。高温・高湿のもとでは、この封止部が剥離して真空不良に至る。湿気（気体のH2O）は、封止部にとって危険である。この問題は、ガラスの厚みを増して容器の真空応力を低減し、さらに封止部を強化して応急的に対策した。恒久対策ではガラスの材質を光学ガラスに変更した。光学ガラスは、ナトリウムイオンの移動が激減し、管内のアウトガスによるカソードの劣化も軽減できた。この不具合は、第二世代オーロラビジョンが本格的に立ち上がる前に顕在化した。現地では、不具合の都度、迅速に表示ユニットあるいは発光素子を交換した。並行して研究所を巻込んで総合的に対策し、影響を最小限にとどめることができた。結果的に第二世代は、高輝度・高信頼性の表示デバイスとして、その後の事業に貢献した。
(3) 寿命
第一世代のオーロラビジョンの寿命は、輝度の半減時間で定義され、8000 時間であった。白熱電球を配列したオレンジ色のモノクロタイプの寿命2000 ～ 3000 時間より長いとされた46)。電球方式のアストロビジョンでは、5000 時間以上と推定した報告もある49)。第二世代のFMCRTは、同じCRTの原理に基づくものであり、当初は8000 時間とした。
寿命の低下要因は、蛍光面の発光効率の低下とカソードの電子放出能力低下に大別される。前者は、蛍光面の効率の低下とガラスの透過率の低下（ブラウニング）であり、電子衝突の累積値に依存する。後者は、カソードの劣化であり、主に真空度の低下に起因する。カソードの電子放出能力の低下は、発光素子ごとに微妙な違いがあり、画面の輝度むらとして顕在化する。この画質への影響は深刻である。特にトリニライトやFMCRTは、真空容器の内蔵物が多く、しかも高電圧を使うので、使用中の発熱でアウトガスが増えて真空度が低下する。このため長寿命化の対策は設計的にも工夫した。
設計では、まずFMCRTは画素面積を４画素毎に規則的に拡大して蛍光面の負荷を軽減した。さらに背面電極による電極構造の簡素化、ゲッタの効果的配置によるアウトガスの吸着により真空度の低下を大幅に軽減した。ガラスも材質を光学ガラスに変更した。この結果、高い信頼性を誇り、ばらつきが少なく、屋外で実用上差し支えない輝度として、2500cd/m2以上を維持できる有効な使用時間は20000 時間を超えた26)。
寿命の一時的な低下要因には、発光素子表面への塵埃の附着による輝度の低下がある。メンテナンス時に清掃すれば回復するが、ユーザーにとっては印象が悪い。三菱電機では、塵埃の附着による輝度の経時変化を実測した。発光素子は、陽極に10kVを印加すると、表面は静電気によって約10kVに帯電し、主にカーボン系の黒い塵埃を吸着して輝度を低下させる。表面にポリカーボネート製のレンズ・フィルタを装着すると、輝度の低下は半減した。表面に透明なITO（Indium Tin Oxide）膜や光触媒を使うと、さらに効果的であった。最終的には効果とコストを考慮して、ITO膜を使用した。
寿命による輝度低下の弊害として、輝度のばらつきがある。図5-38は、発光素子ごとの輝度のばらつきのシミュレーション画像の例である。輝度は、30 ％程度のばらつきが発生すると、画質が著しく低下することを示す。第二世代のオーロラビジョンは、初期段階で、この種の画質の低下が実際に見られた。図5-39は、前述の対策によって寿命を改善した成果として、市場で8000 時間経過時の表示例である。使用時間に対応する全体的な輝度の低下はあるが、改善後は、ばらつきが少なく、良好な画質を長時間にわたって、維持していることを示す。
図5-39.市場で8000 時間経過時の表示例3)
(4)特徴的駆動技術
大型映像表示装置は、画像の濃淡を1フィールド（日本のテレビ信号の規格は1 / 60 sec）内の画素の発光時間幅で制御する。FMCRTでは、画像を走査信号X1～Xnとデータ信号Y1～Ynの2種類の信号によって制御され、デジタル化された最小の時間幅をTqとすると、発光時間幅はその整数倍である。ここでCRT方式は、電子線の制御に対する表示の応答が速いので、最小の時間幅Tqをさらに細分化して、Tqの幅を制御することができる。この場合、表示の階調制御とは独立して画面の明るさを制御できる50)。大型映像表示装置は、太陽光下の表示と夜間の表示では、輝度の設定を変えており、この機能は、第一世代から受け継がれている。
一般に高輝度、大面積の画像は、人間の視覚特性から、フリッカが知覚されやすい。図5-40は、n階調の表示において、駆動パルスを時間軸上で均等にm分割し、各1/ｍフィールドの期間に近似的にn/m階調を表示し、１フィールドの期間の累積幅がn階調になるように駆動する例である。見かけの表示周波数はm倍になりフリッカが解消する。この方式はテレビカメラで直接撮影されるイベント会場の背景などの用途に適する21)。例えば、1986 年のNHK紅白歌合戦のステージの背景に利用され、その後の24 時間テレビにおけるメインステージでも利用された。最近は、シャッタースピードの速いカメラでも高画質の撮影が求められており、見かけの表示周波数を高める駆動は、業界にも影響を与えている。1985 年のつくば博における大型映像表示装置前の広場では、画面撮影時の注意としてシャッター速度1 / 60あるいは1 / 30を推奨するアナウンスが流れていたが、図5-40の駆動を適用すると、シャッター速度の指定は大幅に緩和される。
このような制御は、電子を高速で制御できるCRT方式の発光素子の制御に適している。さらに、その後のLED方式の大型映像表示装置では、一般的な技術として定着してきた。
5-8 第二世代大型映像表示装置の総括
大型映像表示装置は、市場が本格的に立ち上がる前の1983 年には、液晶を使った大型表示装置が発表され、各社がそれに続いた。液晶方式大型表示装置は、一定の需要はあったが、輝度は高々300cd/m2程度で、市場は屋内に限定された。青色LEDが開発されてLED方式の大型映像表示装置が登場すると、その役割を終えたが、屋内の市場開拓に役立っている。
大型映像表示装置の市場拡大には、各社が開発した第二世代の大型映像表示装置が貢献している。ここでは、各社独自の発光素子を紹介した。発光素子は、CRT方式と放電方式に大別され、それぞれに特徴がある。各方式ともRGBトリオ配列とRGGBモザイク配列があり、各社の考え方に基いて採用されている。発光素子の設計では、電極構造を決める上で、画素配列が重要なパラメータでもあり、第二世代大型映像表示装置の開発では、画素配列の理論的な検討が進んだ47)。
ここでCRT方式と放電方式について、優劣を論じるつもりはないが、第一世代の発光素子を含めて共通的な二つの特徴がある。第一に屋外の直射日光の下で、さらに風雨に曝される環境で、発熱を伴う高輝度で使用されること。第二に大型映像表示装置は、数万個の発光素子が配列されており、全てが直接見えることである。このような特徴ゆえ、開発・製造に関わった技術者は、材料の選定から性能・信頼性の試験では、加速試験の工夫を含めて、長期の検証を必要とした。さらに均一性を維持しつつ、寿命を終えるまで安定して動作するには、設計および製造技術の工夫があり、新たな設備の導入も必要とした。大型映像表示装置を総括するに当たって、発光素子の様なキーデバイスの開発では、技術が広範にわたることを記しておきたい。
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原善一郎ほか：“オーロラビジョン用新発光素子”, 三菱電機技報, Vol. 74, No. 12, pp. 40-43 (2000) |
| 27） |
児玉保：“ソニーの高解像度新型ジャンボトロン”放送技術, 昭和61. 1 pp.78-84 (1986) |
| 28） |
文献27)の図２を基に筆者作成 |
| 29） |
「写真提供」元ソニー張間廣信 |
| 30） |
袖岡淳：“21世紀に向けてのジャンボトロンの展開”,月刊ディスプレイ, 5 月号, pp. 23-28 (2000) |
| 31） |
大越明男ほか：“大画面表示用素子の高輝度化”, 応用物理, pp. 1517-1518 (1987) |
| 32） |
林正健ほか：“15 mmトリオ・ピッチジャンボトロン素子”テレビ学技報, Vol. 13, No. 40, pp. 13-16(1989) |
| 33） |
Hayashi et al. “A 15-mm Trio-Pitch Jumbotron Device”, SID 89Digest,pp. 98-101 (1989) |
| 34） |
S. Shimada et al.: “New Development Methods for the indoor Use High-Density Jumbotron”, IDRC, pp.163-166 (1991) |
| 35） |
特開昭57-189452：カラー光源管, 特開昭58-16457：カラー光源管など |
| 36） |
中島淳一ほか：“３色発光型放電管による大型映像表示装置”,テレビ学技報, Vol. 15, NO. 2, pp. 7-10(1991) |
| 37） |
中島淳一ほか：“放電管方式の大型映像表示装置”, 照明学会誌, 80巻, Appendix号, pp. 333-334 (1996) |
| 38） |
「写真提供」東芝ライテック（株） |
| 39） |
望月久仁子ほか：“高輝度放電管大型映像表示装置”アストロビジョン”,National Technical Report Vol.38,No. 4, Aug, pp. 78.84 (1992) |
| 40） |
特許第2723624号：蛍光ランプ（1989 年出願） |
| 41） |
林紀寿, “大画面ディスプレイの迫力”, エレクトロニクス, 1994 年 11 月号, pp. 118-121 |
| 42） |
「写真提供」パナソニック 林紀寿 |
| 43） |
Yoshiyasu Sakaguchi et al.; Large - Area Color Display “Skypix”,SID 91Digest, pp. 577-579 (1991) |
| 44） |
塩浜英二ほか：“大形カラーディスプレイ用高輝度光源素子”, テレビ学技報告, IPD89-32, pp. 65-71 (1989) |
| 45） |
新居宏壬ほか：“発光素子配列型ディスプレイ”,テレビ誌, Vol. 45, No. 2, pp. 151-159 (1991) |
| 46） |
倉橋浩一郎ほか：“オーロラビジョン: 巨大画面カラーディスプレイシステム”, テレビ学技報, IPD49-3, pp. 31-36(1980) |
| 47） |
原善一郎ほか：“大画面ディスプレイにおける画素配列と画質”, 信学論C-Ⅱ, Vol. J77- C-Ⅱ, No. 3, pp.148-159 (1994). |
| 48） |
橋本健：“マンモステレビの問題点”, テレビ学技報, IPD76−4, pp. 43-48 (1983) |
| 49） |
高田朝男ほか：“大型カラー映像表示装置アストロビジョン”, National Technical Report, Vol. 30,No.1, Feb pp. 120-129 (1984) |
| 50） |
原善一郎ほか：“大型ディスプレイ”,映情学誌, Vol. 55, No. 8 / 9, pp. 1067–1070 (2001） |
