JP2001051271A - 表示素子 - Google Patents
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- JP2001051271A JP2001051271A JP11222993A JP22299399A JP2001051271A JP 2001051271 A JP2001051271 A JP 2001051271A JP 11222993 A JP11222993 A JP 11222993A JP 22299399 A JP22299399 A JP 22299399A JP 2001051271 A JP2001051271 A JP 2001051271A
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- light
- liquid crystal
- optical
- optical waveguide
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- Liquid Crystal (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 省スペース、省電力、高画質を実現し、同時
に十分な応答スピードを達成する。 【解決手段】 発光素子と、この発光素子からの光が導
入され中途部から当該導入光を取り出すことが可能な光
導波路と、この光導波路から取り出される光をオン・オ
フする光スイッチと、光導波路から取り出された光によ
り励起されて発光する色変換部材とを有する表示素子で
ある。光導波路としては、少なくとも一部がクラッド層
を有しない光ファイバ、あるいは、少なくとも一部がコ
ア層と同等の屈折率とされたクラッド層を有する光ファ
イバを用いる。光源に青または紫の紫外線を使用し、光
導波路に光ファイバを用い、光スイッチ、例えば液晶の
複屈折により光のオン・オフを制御し、色変換部材（例
えば蛍光体）を励起させることで、自発光カラー表示が
実現される。
に十分な応答スピードを達成する。 【解決手段】 発光素子と、この発光素子からの光が導
入され中途部から当該導入光を取り出すことが可能な光
導波路と、この光導波路から取り出される光をオン・オ
フする光スイッチと、光導波路から取り出された光によ
り励起されて発光する色変換部材とを有する表示素子で
ある。光導波路としては、少なくとも一部がクラッド層
を有しない光ファイバ、あるいは、少なくとも一部がコ
ア層と同等の屈折率とされたクラッド層を有する光ファ
イバを用いる。光源に青または紫の紫外線を使用し、光
導波路に光ファイバを用い、光スイッチ、例えば液晶の
複屈折により光のオン・オフを制御し、色変換部材（例
えば蛍光体）を励起させることで、自発光カラー表示が
実現される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用い、
発光素子からの光をオン・オフすることにより蛍光体等
を励起発光させる光導波路型で且つ発光型の新規な表示
素子に関する。
発光素子からの光をオン・オフすることにより蛍光体等
を励起発光させる光導波路型で且つ発光型の新規な表示
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子ディスプレイデバイスは、マ
ンマシンインターフェースとして益々需要が高まってき
ている。
ンマシンインターフェースとして益々需要が高まってき
ている。
【０００３】これまでの電子ディスプレイデバイスは、
自発光型と受光型とに分類されており、自発光型の電子
ディスプレイデバイスとしては、ＣＲＴ（cathode ray
tube）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、エレクトロ
ルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、蛍光表示管
（ＶＦＤ）発光ダイオード（ＬＥＤ）等が知られてい
る。
自発光型と受光型とに分類されており、自発光型の電子
ディスプレイデバイスとしては、ＣＲＴ（cathode ray
tube）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、エレクトロ
ルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、蛍光表示管
（ＶＦＤ）発光ダイオード（ＬＥＤ）等が知られてい
る。
【０００４】受光型の電子ディスプレイデバイスとして
は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やエレクトロクロミッ
クディスプレイ（ＥＣＤ）、電気泳動ディスプレイ（Ｅ
ＰＩＤ）、分散粒子配向型ディスプレイ（ＳＰＤ）、着
色粒子回転型ディスプレイ（ＴＢＤ）等が知られてい
る。
は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やエレクトロクロミッ
クディスプレイ（ＥＣＤ）、電気泳動ディスプレイ（Ｅ
ＰＩＤ）、分散粒子配向型ディスプレイ（ＳＰＤ）、着
色粒子回転型ディスプレイ（ＴＢＤ）等が知られてい
る。
【０００５】しかしながら、例えば家庭用大型テレビジ
ョン受像機として上記のディスプレイを考えた場合、容
積や消費電力が大きかったり、ハイデフィニション信号
に追従する応答スピードが足りない等、省スペース、省
電力、高画質の面から、十分に完成されているとは言い
難い。
ョン受像機として上記のディスプレイを考えた場合、容
積や消費電力が大きかったり、ハイデフィニション信号
に追従する応答スピードが足りない等、省スペース、省
電力、高画質の面から、十分に完成されているとは言い
難い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中、
１９７０年代に、光導波路と光スイッチを組み合わせた
薄型ディスプレイが提案されている（米国特許第３８３
８９０８号参照）。
１９７０年代に、光導波路と光スイッチを組み合わせた
薄型ディスプレイが提案されている（米国特許第３８３
８９０８号参照）。
【０００７】この薄型ディスプレイは、液晶によって屈
折率を制御し、光導波路の全反射を制御しようというも
のである。
折率を制御し、光導波路の全反射を制御しようというも
のである。
【０００８】しかしながら、当時は光源としてのレーザ
やＬＥＤ等が実用化されておらず、また光導波路の光伝
送損失が多大であり、光スイッチに用いた液晶の配向制
御等が十分に研究されていなかったため、商品化には至
っていない。
やＬＥＤ等が実用化されておらず、また光導波路の光伝
送損失が多大であり、光スイッチに用いた液晶の配向制
御等が十分に研究されていなかったため、商品化には至
っていない。
【０００９】一方、１９９０年代に入り、液晶ディスプ
レイの実用化が進み、その低コスト化が図られている。
また、液晶ディスプレイの欠点として、色純度の不十分
さ、明るさの不足が指摘されているが、それを解決する
手段として、液晶のバックライトとして白色光ではなく
紫外光または青色光を用い、液晶パネルをシャッタとし
て使用し、前面に蛍光体を配したディスプレイが考案さ
れている（特開平５−２０３９０９号公報、特開平９−
１９７３７２号公報参照）。
レイの実用化が進み、その低コスト化が図られている。
また、液晶ディスプレイの欠点として、色純度の不十分
さ、明るさの不足が指摘されているが、それを解決する
手段として、液晶のバックライトとして白色光ではなく
紫外光または青色光を用い、液晶パネルをシャッタとし
て使用し、前面に蛍光体を配したディスプレイが考案さ
れている（特開平５−２０３９０９号公報、特開平９−
１９７３７２号公報参照）。
【００１０】また、ＲＧＢ３原色のレーザを光源とし、
光ファイバを使用して導波させ、液晶スイッチにてオン
・オフするディスプレイも提案されている（J.Viitane
n, et.Al., VTT,“Fiber optical liquid crystal disp
lays”, SPIE Vol.1976 High-Definition Video, 293,
1993）。
光ファイバを使用して導波させ、液晶スイッチにてオン
・オフするディスプレイも提案されている（J.Viitane
n, et.Al., VTT,“Fiber optical liquid crystal disp
lays”, SPIE Vol.1976 High-Definition Video, 293,
1993）。
【００１１】ただし、いずれも一長一短を有し、実用化
には至っていないのが実情である。
には至っていないのが実情である。
【００１２】本願発明は、かかる実情に鑑みて提案され
たものであり、省スペース、省電力、高画質を実現で
き、十分な応答スピードを有する新規な表示素子を提供
することを目的とする。
たものであり、省スペース、省電力、高画質を実現で
き、十分な応答スピードを有する新規な表示素子を提供
することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の表示素子は、発光素子と、この発光素子
からの光が導入され中途部から当該導入光を取り出すこ
とが可能な光導波路と、この光導波路から取り出される
光をオン・オフする光スイッチと、光導波路から取り出
された光により励起されて発光する色変換部材とを有す
ることを特徴とするものである。
めに、本発明の表示素子は、発光素子と、この発光素子
からの光が導入され中途部から当該導入光を取り出すこ
とが可能な光導波路と、この光導波路から取り出される
光をオン・オフする光スイッチと、光導波路から取り出
された光により励起されて発光する色変換部材とを有す
ることを特徴とするものである。
【００１４】光導波路としては、少なくとも一部がクラ
ッド層を有しない光ファイバ、あるいは、少なくとも一
部がコア層と同等の屈折率とされたクラッド層を有する
光ファイバを用いる。
ッド層を有しない光ファイバ、あるいは、少なくとも一
部がコア層と同等の屈折率とされたクラッド層を有する
光ファイバを用いる。
【００１５】本発明の表示素子は、発光素子、光導波
路、光シャッタ、蛍光体等の色変換部材を組み合わせた
新規な構成を有する表示素子であり、高速スイッチが可
能であること、光源を効率よく使用する自発光型である
ため非常に明るいこと、薄型化、大型化、高精細化が可
能であること、等の長所を有する。
路、光シャッタ、蛍光体等の色変換部材を組み合わせた
新規な構成を有する表示素子であり、高速スイッチが可
能であること、光源を効率よく使用する自発光型である
ため非常に明るいこと、薄型化、大型化、高精細化が可
能であること、等の長所を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した表示素子
について、図面を参照しながら詳細に説明する。
について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】本発明の表示素子は、光源に低波長の半導
体レーザまたは発光ダイオードを、光導波路に光ファイ
バ（ワイヤまたはロッド状のもの）を使用し、全反射を
制御する光スイッチに液晶、特に高速スイッチが可能で
あり複屈折差が大きな強誘電性液晶を用い、前面に蛍光
体を配してなるものである。
体レーザまたは発光ダイオードを、光導波路に光ファイ
バ（ワイヤまたはロッド状のもの）を使用し、全反射を
制御する光スイッチに液晶、特に高速スイッチが可能で
あり複屈折差が大きな強誘電性液晶を用い、前面に蛍光
体を配してなるものである。
【００１８】このように構成された表示素子は、薄型
化、大型化、高精細化が可能であり、光源を効率よく使
用する自発光型であるため非常に明るく、大画面で必要
とされるコントラスト比５００：１を実現することがで
きる。
化、大型化、高精細化が可能であり、光源を効率よく使
用する自発光型であるため非常に明るく、大画面で必要
とされるコントラスト比５００：１を実現することがで
きる。
【００１９】図１は、本発明を適用した表示素子の一例
を示すものであり、その断面構造を示すものである。
を示すものであり、その断面構造を示すものである。
【００２０】図１に示す表示素子においては、ガラス基
板１（例えばコーニング７０５９）の上に低屈折率ポリ
マー２により光ファイバ３が固定されており、さらにそ
の上に光スイッチとなる液晶層４、色変換部材である蛍
光体層５が形成されている。
板１（例えばコーニング７０５９）の上に低屈折率ポリ
マー２により光ファイバ３が固定されており、さらにそ
の上に光スイッチとなる液晶層４、色変換部材である蛍
光体層５が形成されている。
【００２１】液晶層４を挟んで両側には、これを駆動す
るための透明電極６，７が例えばＸＹマトリクス電極と
して形成されており、さらには液晶層４の液晶分子を配
向するための配向膜８，９が形成されている。
るための透明電極６，７が例えばＸＹマトリクス電極と
して形成されており、さらには液晶層４の液晶分子を配
向するための配向膜８，９が形成されている。
【００２２】また、液晶層４は、セルに封入する必要が
あり、上記ガラス基板１と所定の間隔をもってガラス基
板１０を対向配置することによりセルを構成し、この中
に液晶材料を充填することにより形成している。したが
って、一方の透明電極７及び配向膜９は、このガラス基
板１０上に形成されることになる。
あり、上記ガラス基板１と所定の間隔をもってガラス基
板１０を対向配置することによりセルを構成し、この中
に液晶材料を充填することにより形成している。したが
って、一方の透明電極７及び配向膜９は、このガラス基
板１０上に形成されることになる。
【００２３】本発明において用いる光ファイバは、無機
材料あるいは有機材料よりなるワイヤまたはロッド状の
ものであり、基板上に作製する三次元導波路とは異な
り、別の工程であらかじめ作製した導波路層単体のこと
である。そして、導波径と比較して、その長さは十分に
大きい。
材料あるいは有機材料よりなるワイヤまたはロッド状の
ものであり、基板上に作製する三次元導波路とは異な
り、別の工程であらかじめ作製した導波路層単体のこと
である。そして、導波径と比較して、その長さは十分に
大きい。
【００２４】また、光ファイバの断面形状は任意であ
り、特に規定はしないが、例えば、円形、多角形等とす
ればよい。強誘電性液晶は、かまぼこ状の形状の上であ
ってもコントラスト良く配向することが可能である。
り、特に規定はしないが、例えば、円形、多角形等とす
ればよい。強誘電性液晶は、かまぼこ状の形状の上であ
ってもコントラスト良く配向することが可能である。
【００２５】この光ファイバは、低屈折率のポリマーに
よって基板に固定して用いる。
よって基板に固定して用いる。
【００２６】基板上に作製する高分子型三次元光導波路
は、三次元構造をとるために、予め均一に塗布した後、
エッチング加工をしなければならない。化学エッチング
ではミクロンオーダーの加工精度が得られず、加工精度
を高くするためには反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
等の方法が考えられるが、その際、導波路表面を荒らす
ことになり、光損失を大きくする。実際に、高分子型三
次元導波路と高分子型光ファイバの光損失を比較する
と、それぞれ０．１６ｄＢ／ｃｍ（波長６３３ｎｍにお
いて）（K.S.Brown, et. Al.,“Characterization of P
oly（Phenylsilsesquixane）Thin-Film Planar optical
Waveguides”, IEEE Photonics Technology Letters，
Vol． 9，No.6，1997）と０．４ｄＢ／ｍ（波長６３３
ｎｍにおいて）であり、その差は歴然としている。
は、三次元構造をとるために、予め均一に塗布した後、
エッチング加工をしなければならない。化学エッチング
ではミクロンオーダーの加工精度が得られず、加工精度
を高くするためには反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
等の方法が考えられるが、その際、導波路表面を荒らす
ことになり、光損失を大きくする。実際に、高分子型三
次元導波路と高分子型光ファイバの光損失を比較する
と、それぞれ０．１６ｄＢ／ｃｍ（波長６３３ｎｍにお
いて）（K.S.Brown, et. Al.,“Characterization of P
oly（Phenylsilsesquixane）Thin-Film Planar optical
Waveguides”, IEEE Photonics Technology Letters，
Vol． 9，No.6，1997）と０．４ｄＢ／ｍ（波長６３３
ｎｍにおいて）であり、その差は歴然としている。
【００２７】一方、液晶層に用いる液晶材料は任意であ
るが、強誘電性液晶、あるいは反強誘電性液晶が好まし
い。
るが、強誘電性液晶、あるいは反強誘電性液晶が好まし
い。
【００２８】強誘電性液晶は３環性分子が多い組成とさ
れているため、２環性分子が大半を占める一般的なネマ
テイック液晶とは異なり、複屈折差が大きいという特徴
がある。屈折率変化を利用した全反射を制御する光スイ
ッチは、複屈折差が大きいほど損失が少ない。特に、強
誘電性液晶は、印加電界に対して液晶分子自体が持つ永
久双極子が作用するため、マイクロ秒オーダの応答速度
が可能であり（ネマティック液晶の応答速度は、ミリ秒
オーダ）、ハイデフィニションに代表される高精細なデ
ィスプレイの駆動に十分対応できる。
れているため、２環性分子が大半を占める一般的なネマ
テイック液晶とは異なり、複屈折差が大きいという特徴
がある。屈折率変化を利用した全反射を制御する光スイ
ッチは、複屈折差が大きいほど損失が少ない。特に、強
誘電性液晶は、印加電界に対して液晶分子自体が持つ永
久双極子が作用するため、マイクロ秒オーダの応答速度
が可能であり（ネマティック液晶の応答速度は、ミリ秒
オーダ）、ハイデフィニションに代表される高精細なデ
ィスプレイの駆動に十分対応できる。
【００２９】一画素の表示時間は、インターレース信号
のＨＤＴＶの場合、アクティブ素子等を使用せずに、単
純マトリクス駆動をすると １／３０Ｈｚ／１１２５ライン＝２９．６μ秒 プログレッシブ信号のＵＸＧＡの場合は、 １／６０Ｈｚ／１２００ライン＝１４μ秒 となる。
のＨＤＴＶの場合、アクティブ素子等を使用せずに、単
純マトリクス駆動をすると １／３０Ｈｚ／１１２５ライン＝２９．６μ秒 プログレッシブ信号のＵＸＧＡの場合は、 １／６０Ｈｚ／１２００ライン＝１４μ秒 となる。
【００３０】液晶の実効屈折率ｎeff は、図２に示すよ
うに、液晶分子長軸と基板面に平行に偏波した光線の入
射方向の成す角をφとすると、下記数１で表され、
（Y．Sadorihara，et．al., Technology Report of the
0saka University， Vol．42，No．2091，pp．137，19
92）、配向方向を制御することによりｎ⊥＜ｎeff ＜ｎ
//の範囲の値をとる。
うに、液晶分子長軸と基板面に平行に偏波した光線の入
射方向の成す角をφとすると、下記数１で表され、
（Y．Sadorihara，et．al., Technology Report of the
0saka University， Vol．42，No．2091，pp．137，19
92）、配向方向を制御することによりｎ⊥＜ｎeff ＜ｎ
//の範囲の値をとる。
【００３１】
【数１】
【００３２】（ｎ//：液晶分子長軸方向の屈折率、ｎ
⊥：液晶分子短軸方向の屈折率)光スイッチを設計する
上で最も重要な点は液晶の屈折率の制御である。オン・
オフ比を最も良くするためにはオン状態とオフ状態での
ｎeff を次のように選定する。
⊥：液晶分子短軸方向の屈折率)光スイッチを設計する
上で最も重要な点は液晶の屈折率の制御である。オン・
オフ比を最も良くするためにはオン状態とオフ状態での
ｎeff を次のように選定する。
【００３３】ｎeff OFFをオフ時、ｎeff ON をオン時とす
ると、上述した式は下記数２のように書き換えられ、そ
の際、ｎeff OFF＜ｎf＜ｎeff ONが条件である（ｎf ：光
ファイバの屈折率）。ここでθとは、ある液晶組成物と
配向膜を使用した場合のチルト角とする（図２参照）。
ると、上述した式は下記数２のように書き換えられ、そ
の際、ｎeff OFF＜ｎf＜ｎeff ONが条件である（ｎf ：光
ファイバの屈折率）。ここでθとは、ある液晶組成物と
配向膜を使用した場合のチルト角とする（図２参照）。
【００３４】
【数２】
【００３５】液晶の配向方向は、(φ＋θ)である。この
際、φを選択するには、光ファイバの屈折率との関係か
ら次のように考える。例として、ｎ⊥を１．４９３、ｎ
//を１．６６７、θが２０°の液晶材料、屈折率が１．
５９の光ファイバを使用したとすると、φと実効屈折率
ｎeff の関係は図３のように計算される。したがって、
φが３１°のとき、オン時オフ時ともに、最もｎf との
差が大きくなる。したがって、配向処理方向を４１°と
すればよいことになる。
際、φを選択するには、光ファイバの屈折率との関係か
ら次のように考える。例として、ｎ⊥を１．４９３、ｎ
//を１．６６７、θが２０°の液晶材料、屈折率が１．
５９の光ファイバを使用したとすると、φと実効屈折率
ｎeff の関係は図３のように計算される。したがって、
φが３１°のとき、オン時オフ時ともに、最もｎf との
差が大きくなる。したがって、配向処理方向を４１°と
すればよいことになる。
【００３６】液晶の屈折率の条件は、チルト角・光導波
路の屈折率によって必要条件は異なるが、短軸方向の屈
折率ｎ⊥が光導波路のクラッド層またはコア層の屈折率
以下で、屈折率異方性△ｎが０．１以上であることが好
ましい。
路の屈折率によって必要条件は異なるが、短軸方向の屈
折率ｎ⊥が光導波路のクラッド層またはコア層の屈折率
以下で、屈折率異方性△ｎが０．１以上であることが好
ましい。
【００３７】なお、光シャッタとしては、例えばメカニ
カルシャッタ等を利用することも可能である。
カルシャッタ等を利用することも可能である。
【００３８】光源には、近紫外線または青色の波長を用
いる。蛍光体にはエネルギーの大きな低波長紫外線が有
用であるが、液晶や高分子系の有機物は紫外に吸収を持
つものが多く、劣化が予想されるためである。また紫外
線に対する透明度の問題も回避できる。
いる。蛍光体にはエネルギーの大きな低波長紫外線が有
用であるが、液晶や高分子系の有機物は紫外に吸収を持
つものが多く、劣化が予想されるためである。また紫外
線に対する透明度の問題も回避できる。
【００３９】色変換部材としては、量子効率を考慮し
て、蛍光体を使用する。
て、蛍光体を使用する。
【００４０】例えば、青色発光素子を使用した場合と、
緑色発光素子を使用した場合の変換効率を比較する（蛍
光体の量子効率を１とする。）。
緑色発光素子を使用した場合の変換効率を比較する（蛍
光体の量子効率を１とする。）。
【００４１】 青色−緑色変換効率及び青色−赤色変換効率 λＢ／λＧ，λＢ／λＲ 緑色−青色変換効率及び緑色−赤色変換効率 （１／２）λＧ／λＢ， λＧ／λＲ 赤色−青色変換効率及び赤色−緑色変換効率 （１／２）λＲ／λＢ， （１／２）λＲＧ／λＧ 仮に、青色４７０ｎｍ、緑色５５０ｎｍ、赤色６２０ｎ
ｍとすると、発光素子が青色の場合、緑色、赤色両方で
６４．８％、発光素子が緑色の場合、青色、赤色両方で
５１．９％、発光素子が赤色の場合、青色、緑色両方で
３７．２％となる。発光素子よりも低波長側である場合
は、変換効率は低下する。そのため、光源は青色以下の
波長を使用するのがよい。
ｍとすると、発光素子が青色の場合、緑色、赤色両方で
６４．８％、発光素子が緑色の場合、青色、赤色両方で
５１．９％、発光素子が赤色の場合、青色、緑色両方で
３７．２％となる。発光素子よりも低波長側である場合
は、変換効率は低下する。そのため、光源は青色以下の
波長を使用するのがよい。
【００４２】光源に青色レーザを使用する場合、青色の
画素の色変換部材にはレーザ色素有機蛍光体を用いても
よい。これはレーザの特性のひとつであるスペックル効
果を回避するためである。有機蛍光体はストークス効果
分程度の波長のずれの色変換が得意であるため、材料選
択の幅も広い。
画素の色変換部材にはレーザ色素有機蛍光体を用いても
よい。これはレーザの特性のひとつであるスペックル効
果を回避するためである。有機蛍光体はストークス効果
分程度の波長のずれの色変換が得意であるため、材料選
択の幅も広い。
【００４３】以上が本発明を適用した表示素子の基本的
な構成であるが、光源に低波長の半導体レーザまたは発
光ダイオ−ドを、光導波路に光ファイバ（ワイヤまたは
ロッド状のもの）を使用し、全反射を制御する光スイッ
チに液晶、特に高速スイッチが可能であり複屈折差が大
きな強誘電性液晶を用い、前面に、蛍光体を配したディ
スプレイの伝送損失の計算結果を示す。
な構成であるが、光源に低波長の半導体レーザまたは発
光ダイオ−ドを、光導波路に光ファイバ（ワイヤまたは
ロッド状のもの）を使用し、全反射を制御する光スイッ
チに液晶、特に高速スイッチが可能であり複屈折差が大
きな強誘電性液晶を用い、前面に、蛍光体を配したディ
スプレイの伝送損失の計算結果を示す。
【００４４】 光源カップリング８０％×導波路損失８０％×光スイッチ効率８０％＝５１％ 紫外−可視変換効率 ＝９０％ 外光反射＋可視光利用率 ＝７０％ ＬＤ又はＬＥＤ電力効率 ＝２５％ 合計＝８％（１２．５倍） 励起源の必要パワーは、２００nit の輝度で１００イン
チサイズ（３．１ｍ2）のディスプレイを考えたとき、 π×２００nit＝６２８lm／ｍ2（６８３lm＝１Ｗ at ５５０ｎｍ） Ｒ ６１２ｎｍ 比視感度 0.50 205 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W Ｇ ５３０ｎｍ 比視感度 0.86 353 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W Ｂ ４７０ｎｍ 比視感度 0.17 70 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W 合計 5.58W となる。理想値ではあるが、かなりの高効率である。強誘
電性液晶を使用した場合は、その最大の特徴であるメモ
り性のため、すなわち双安定であるため、２値しかとる
ことができない。本発明をフルカラーで表示する方法と
しては、時分解法や面積階調法の他に、光源であるレー
ザまたはＬＥＤの光強度変調等が考えられる。
チサイズ（３．１ｍ2）のディスプレイを考えたとき、 π×２００nit＝６２８lm／ｍ2（６８３lm＝１Ｗ at ５５０ｎｍ） Ｒ ６１２ｎｍ 比視感度 0.50 205 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W Ｇ ５３０ｎｍ 比視感度 0.86 353 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W Ｂ ４７０ｎｍ 比視感度 0.17 70 lm／m2 0.6 W／m2 1.86W 合計 5.58W となる。理想値ではあるが、かなりの高効率である。強誘
電性液晶を使用した場合は、その最大の特徴であるメモ
り性のため、すなわち双安定であるため、２値しかとる
ことができない。本発明をフルカラーで表示する方法と
しては、時分解法や面積階調法の他に、光源であるレー
ザまたはＬＥＤの光強度変調等が考えられる。
【００４５】４Ｏインチ以上の大型ディスプレイを作製
するにあたり、液晶の配向を画面全体にわたって均ーに
行うのが難しい場合は、図４に示すように、配向膜１１
上に低屈折率ポリマー層１２を形成した後、画素部分の
みに空隙１３を残し、この中に液晶材料１４を入れ、低
屈折率ポリマーで覆った状態としてもよい。その際、液
晶は注入では行わず、塗布型で行う。画素面積は、１０
０インチであっても１ｍｍ2 程度であるので、液晶の配
向が容易となる。
するにあたり、液晶の配向を画面全体にわたって均ーに
行うのが難しい場合は、図４に示すように、配向膜１１
上に低屈折率ポリマー層１２を形成した後、画素部分の
みに空隙１３を残し、この中に液晶材料１４を入れ、低
屈折率ポリマーで覆った状態としてもよい。その際、液
晶は注入では行わず、塗布型で行う。画素面積は、１０
０インチであっても１ｍｍ2 程度であるので、液晶の配
向が容易となる。
【００４６】また、単安定・片安定状態の強誘電性液晶
の配向を選択してもよい。その場合、単純マトリクスで
は駆動せず、アクティブ素子を各画素に設ける。
の配向を選択してもよい。その場合、単純マトリクスで
は駆動せず、アクティブ素子を各画素に設ける。
【００４７】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例によりさらに
詳細に説明するが、本発明がこの実施例によって限定さ
れるものではないことは言うまでもない。
詳細に説明するが、本発明がこの実施例によって限定さ
れるものではないことは言うまでもない。
【００４８】先ず、４０ｍｍ×２５ｍｍｘ１．１ｍｍの
ガラス基板（コーニング社製、商品名７０５９）上の全
面に、低屈折率ポリマー（旭硝子社製、商品名サイトッ
プ：屈折率１．３４）を５０μｍ厚にスキージを用いて
塗布した。
ガラス基板（コーニング社製、商品名７０５９）上の全
面に、低屈折率ポリマー（旭硝子社製、商品名サイトッ
プ：屈折率１．３４）を５０μｍ厚にスキージを用いて
塗布した。
【００４９】次に、８０℃で６０秒間プレキュアした
後、ポリカーボネートの光ファイバ（屈折率１．５９、
ファイバ径１ｍｍ：クラッド層とコア層の屈折率を調整
し、その差は０．０１以下）を１０ライン分配列し（ポ
リカーボネートの光ファイバは、屈折率を液晶の複屈折
間に持ち、耐熱性がよい。）、１２０℃で１時間焼成し
た。
後、ポリカーボネートの光ファイバ（屈折率１．５９、
ファイバ径１ｍｍ：クラッド層とコア層の屈折率を調整
し、その差は０．０１以下）を１０ライン分配列し（ポ
リカーボネートの光ファイバは、屈折率を液晶の複屈折
間に持ち、耐熱性がよい。）、１２０℃で１時間焼成し
た。
【００５０】図１に示すように、光ファイバに垂直に画
素を形成するように、透明電極（ＩＴＯ）を２０ｎｍ厚
にOFF AXIS法を用いてＲＦマグネトロンスパッタした。
素を形成するように、透明電極（ＩＴＯ）を２０ｎｍ厚
にOFF AXIS法を用いてＲＦマグネトロンスパッタした。
【００５１】さらに、全面にポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）薄膜をスピンコートし（重合度５ＯＯ、１重量％
水溶液、２００rpm ５秒＋２０００rpm ２０秒）、１１
０℃で１時間焼成した。焼成後、配向方向を、光導波方
向から（π／２−θ）分傾けた方向に設定して、ラビン
グ処理を行つた（θ：強誘電性液晶のチルト角）。
ＶＡ）薄膜をスピンコートし（重合度５ＯＯ、１重量％
水溶液、２００rpm ５秒＋２０００rpm ２０秒）、１１
０℃で１時間焼成した。焼成後、配向方向を、光導波方
向から（π／２−θ）分傾けた方向に設定して、ラビン
グ処理を行つた（θ：強誘電性液晶のチルト角）。
【００５２】対向基板として、短冊型に１０ラインのＩ
ＴＯ透明電極付きガラス基板上（４０ｍｍ×２５ｍｍｘ
０．１ｍｍ）に同様にＰＶＡラビング配向膜を形成し
た。
ＴＯ透明電極付きガラス基板上（４０ｍｍ×２５ｍｍｘ
０．１ｍｍ）に同様にＰＶＡラビング配向膜を形成し
た。
【００５３】さらに、透明電極が形成されていない側の
ガラス基板に、沈降法を用いて細粒径タイプの無機蛍光
体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）を５０μｍ厚に形成した。
ガラス基板に、沈降法を用いて細粒径タイプの無機蛍光
体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）を５０μｍ厚に形成した。
【００５４】両基板を配向方向が反平行になるように組
み合わせ、３．０μｍのスペーサ（触媒化成社製、真し
球）を０．１５重量％混合した紫外線硬化樹脂により貼
り合わせた。その間隙に、強誘電性液晶組成物を１００
℃で注入した。使用した強誘電性液晶組成物の物性値を
表１に示す。ファイバの断面形状は円状であったが、良
配向が得られた。
み合わせ、３．０μｍのスペーサ（触媒化成社製、真し
球）を０．１５重量％混合した紫外線硬化樹脂により貼
り合わせた。その間隙に、強誘電性液晶組成物を１００
℃で注入した。使用した強誘電性液晶組成物の物性値を
表１に示す。ファイバの断面形状は円状であったが、良
配向が得られた。
【００５５】
【表１】
【００５６】前述したように、最適なφを決定するため
に、計算を行った。結果を図５〜８に示す。
に、計算を行った。結果を図５〜８に示す。
【００５７】各々、下記の通り計算され、配向方向を決
定した。
定した。
【００５８】ＦＬＣ１ ４８°＋１５°＝６３° ＦＬＣ２ ３５°＋１５°＝５０° ＦＬＣ３ ４０°＋２０°＝６０° ＦＬＣ４ ３１°＋２０°＝５１° 入射光の波長は３８０ｎｍであり、光の偏波方向は基板
面に平行とした。入射・出射カップリングは、ＴｉＯ2
ルチルプリズムを用いて行った。
面に平行とした。入射・出射カップリングは、ＴｉＯ2
ルチルプリズムを用いて行った。
【００５９】液晶の応答には、波形発生装置を用いて、
１ｋＨｚ矩形波±５Ｖを印加した。
１ｋＨｚ矩形波±５Ｖを印加した。
【００６０】液晶によるスイッチング効率の測定は、光
パワーメータ（ＴＱ８２１０：アドバンテスト社製）を
用い、液晶層を形成しない導波路の効率を１００％と
し、液晶層を形成した後の効率を計算した。結果を表２
に示す。
パワーメータ（ＴＱ８２１０：アドバンテスト社製）を
用い、液晶層を形成しない導波路の効率を１００％と
し、液晶層を形成した後の効率を計算した。結果を表２
に示す。
【００６１】
【表２】
【００６２】なお、作製したディスプレイにおいては、
蛍光体の発光が観測された。
蛍光体の発光が観測された。
【００６３】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の表示素子は、光ファイバを光導波路とした発光型デ
ィスプレイ構造を有するものであり、光損失が少ないた
めに発光効率が良く、構造が単純であるため大型化が可
能であり、そのサイズに関わらず薄型化することができ
る等、数々の利点を有する。
明の表示素子は、光ファイバを光導波路とした発光型デ
ィスプレイ構造を有するものであり、光損失が少ないた
めに発光効率が良く、構造が単純であるため大型化が可
能であり、そのサイズに関わらず薄型化することができ
る等、数々の利点を有する。
【００６４】また、例えば光ファイバ固定層にフィルム
状の材質を選択することにより、持ち運びに容易な形に
変形（丸めるなど）することも可能となる。
状の材質を選択することにより、持ち運びに容易な形に
変形（丸めるなど）することも可能となる。
【図１】本発明を適用した表示素子の一例を示す要部概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】強誘電液晶における光導波方向と液晶分子位置
との関係を示す模式図である。
との関係を示す模式図である。
【図３】実効屈折率のφ依存性を示す特性図である。
【図４】大画面用液晶スイッチング素子構造の一例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図５】ｎ⊥１．５２、ｎ//１．６２のときの実効屈折
率のφ依存性を示す特性図である。
率のφ依存性を示す特性図である。
【図６】ｎ⊥１．４９、ｎ//１．６８のときの実効屈折
率のφ依存性を示す特性図である。
率のφ依存性を示す特性図である。
【図７】ｎ⊥１．４８４、ｎ//１．６４２のときの実効
屈折率のφ依存性を示す特性図である。
屈折率のφ依存性を示す特性図である。
【図８】ｎ⊥１．４９３、ｎ//１．６６７のときの実効
屈折率のφ依存性を示す特性図である。
屈折率のφ依存性を示す特性図である。
１，１０ ガラス基板、２ 低屈折率ポリマー、３ 光
ファイバ、４ 液晶層、５ 蛍光体層、６，７ 透明電
極、８，９ 配向膜
ファイバ、４ 液晶層、５ 蛍光体層、６，７ 透明電
極、８，９ 配向膜
フロントページの続き (72)発明者 橋本 俊一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA54 BA42 2H091 FA24Y FA24Z FA45Z FA46Z FA50X FB06 FD05 FD06 HA12 LA11 LA16 5C094 AA13 AA15 BA26 ED04 ED20 GA10 JA01 JA20
Claims (9)
- 【請求項１】 発光素子と、この発光素子からの光が導
入され中途部から当該導入光を取り出すことが可能な光
導波路と、この光導波路から取り出される光をオン・オ
フする光スイッチと、光導波路から取り出された光によ
り励起されて発光する色変換部材とを有することを特徴
とする表示素子。 - 【請求項２】 上記光導波路は、少なくとも一部がクラ
ッド層を有しない光ファイバよりなることを特徴とする
請求項１記載の表示素子。 - 【請求項３】 上記光導波路は、少なくとも一部がコア
層と同等の屈折率とされたクラッド層を有する光ファイ
バよりなることを特徴とする請求項１記載の表示素子。 - 【請求項４】 上記発光素子は、レーザまたは発光ダイ
オードであり、上記光導波路と光学的に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の表示素子。 - 【請求項５】 上記発光素子の主発光ピークの波長が５
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の表
示素子。 - 【請求項６】 上記光導波路は、発光素子波長における
光伝送損失が少なくとも５ｄＢ／ｍであることを特徴と
する請求項１記載の表示素子。 - 【請求項７】 上記光ファイバの径が、（表示素子の縦
方向長さ）／（垂直解像度）又は（表示素子の横方向長
さ）／（水平解像度）の１０％以上であることを特徴と
する請求項２又は３記載の表示素子。 - 【請求項８】 上記光スイッチが、電圧の印加により駆
動される液晶層よりなることを特徴とする請求項１記載
の表示素子。 - 【請求項９】 上記液晶層の液晶材料が、強誘電性液晶
又は反強誘電性液晶であることを特徴とする請求項８記
載の表示素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222993A JP2001051271A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222993A JP2001051271A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 表示素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001051271A true JP2001051271A (ja) | 2001-02-23 |
Family
ID=16791137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11222993A Pending JP2001051271A (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 表示素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001051271A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1585087A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Display element, image observation system having display element, and image projection system |
| US7625138B2 (en) | 2007-07-11 | 2009-12-01 | Fujitsu Component Limited | Optical waveguide holding member and optical transceiver |
| US7665911B2 (en) | 2007-07-13 | 2010-02-23 | Fujitsu Component Limited | Optical waveguide holding device and optical transceiver |
| CN109116597A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-01 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 液晶光波导与激光雷达 |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP11222993A patent/JP2001051271A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1585087A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Display element, image observation system having display element, and image projection system |
| US7039287B2 (en) | 2004-03-30 | 2006-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Display element, image observation system having display element, and image projection system |
| US7625138B2 (en) | 2007-07-11 | 2009-12-01 | Fujitsu Component Limited | Optical waveguide holding member and optical transceiver |
| US7665911B2 (en) | 2007-07-13 | 2010-02-23 | Fujitsu Component Limited | Optical waveguide holding device and optical transceiver |
| CN109116597A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-01 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 液晶光波导与激光雷达 |
| CN109116597B (zh) * | 2018-09-21 | 2024-01-16 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 液晶光波导与激光雷达 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060306 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090310 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090507 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090915 |