JP2009042419A - Optical control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、表示装置に好適な光制御装置に関するものである。 The present invention relates to a light control device suitable for a display device, for example.
従来、テレビジョン受像機や情報端末機器等の表示装置については、薄型化、軽量化、大画面化及び高精細表示化の要求に答えるために、重量や厚みに限界のあるブラウン管(CRT)型表示装置からフラットパネル表示装置へ移行する開発が盛んに行われている。 Conventionally, with respect to display devices such as television receivers and information terminal devices, in order to meet the demands for thinning, lightening, large screens, and high-definition display, a cathode ray tube (CRT) type with limited weight and thickness. There is a lot of development to move from display devices to flat panel display devices.
特に、情報端末機器としてのフラットパネル表示装置としては、例えば、液晶ディスプレイが広く普及しており、この液晶ディスプレイの高輝度化及び大型化について、昨今研究及び開発が行われている。 In particular, as a flat panel display device as an information terminal device, for example, a liquid crystal display is widely used. Recently, research and development have been conducted on increasing the brightness and size of the liquid crystal display.
このような液晶ディスプレイは、液晶分子を利用した構造の表示装置であり、例えば、2枚のガラス板の間に液晶を封入し、そこに電圧を掛けることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで像を表示する構造になっている。この構造において、液晶分子自体は発光せず、明るい場所では反射光を使って表示を行い、暗い場所では背後に仕込んだ蛍光燈(バックライト)の光を使って表示を行う。 Such a liquid crystal display is a display device having a structure using liquid crystal molecules. For example, liquid crystal is sealed between two glass plates, and a voltage is applied to the liquid crystal molecules to change the direction of the liquid crystal molecules, thereby transmitting light. The image is displayed by increasing / decreasing. In this structure, the liquid crystal molecules themselves do not emit light, and display is performed using reflected light in a bright place, and display is performed using light of a fluorescent lamp (backlight) prepared in the back in a dark place.
更に、大きく分けて、STN(super twisted nematic)方式やDSTN(double-layered STN)方式等の単純マトリクス方式と、TFT(thin film transistor)方式等のアクティブマトリクス方式とがあり、前者の方が安価であるが、性能は後者の方が高い。また、液晶ディスプレイは、CRTディスプレイやプラズマディスプレイパネル(PDP)等の他の表示装置に比べて薄くて軽いために、携帯用コンピュータや省スペース用デスクトップパソコンとしてよく使用されている。 Furthermore, there are broadly divided into a simple matrix method such as STN (super twisted nematic) method and DSTN (double-layered STN) method and an active matrix method such as TFT (thin film transistor) method, the former being cheaper. However, the latter has higher performance. Liquid crystal displays are often used as portable computers and space-saving desktop personal computers because they are thinner and lighter than other display devices such as CRT displays and plasma display panels (PDPs).
例えば、TN型の液晶ディスプレイにおいては、例えば、光が通らないように偏光方向を直交させた2枚の偏光フィルタの間にねじれた液晶を挟むことにより、一方の偏光フィルタを通して入った入射光が、液晶分子の隙間に沿って90度ねじれて、対向する偏光フィルタを通過(光の透過状態)する。 For example, in a TN type liquid crystal display, for example, by inserting a twisted liquid crystal between two polarizing filters whose polarization directions are orthogonal to each other so that light does not pass, incident light entering through one polarizing filter can be obtained. , Twisted 90 degrees along the gap between the liquid crystal molecules, and passed through the opposing polarizing filter (light transmission state).
これに対して、液晶分子に電圧をかけると、液晶分子が直立してねじれが取れ、入射光がそのまま液晶分子間を進行することになり、対向する偏光フィルタを通れない(光の遮断状態)ことになる。 On the other hand, when a voltage is applied to the liquid crystal molecules, the liquid crystal molecules stand upright and become twisted, and incident light travels between the liquid crystal molecules as they are, and cannot pass through the opposing polarizing filter (light blocking state). It will be.
このように、TN型の液晶ディスプレイにおいては、分子の並び方が90度ねじれた状態の液晶分子を2枚の偏光フィルタで挟んで配置しているために、電圧を印加しない状態では光が通り、電圧を印加した状態では光が遮断されて画面上では黒くなる。つまり、電圧の印加の有無によって、液晶分子層が光のシャッタ機能を果たすのである。 In this way, in the TN type liquid crystal display, the liquid crystal molecules in a state where the arrangement of the molecules is twisted by 90 degrees are arranged between the two polarizing filters, so that light passes when no voltage is applied, When voltage is applied, light is blocked and the screen turns black. That is, the liquid crystal molecular layer performs a light shutter function depending on whether or not a voltage is applied.
これらの液晶分子の特徴を生かした平面型表示装置及びその製造方法が数多く提案されている。 Many flat panel displays and their manufacturing methods that make use of the characteristics of these liquid crystal molecules have been proposed.
しかし、液晶ディスプレイは様々な利点を有する一方、表示原理に起因する技術的問題点が種々存在する。以下にこれらの問題点(1)〜(5)を列挙する。 However, while the liquid crystal display has various advantages, there are various technical problems due to the display principle. These problems (1) to (5) are listed below.
(1)応答速度
液晶パネルの応答時間は、ブラウン管ディスプレイやプラズマパネルに比べて長くなる。この事実は、動画表示を主体とするテレビとして液晶パネルを利用することによって、特にはっきりと指摘されるようになっている。
(1) Response speed The response time of a liquid crystal panel is longer than that of a cathode ray tube display or a plasma panel. This fact is particularly clearly pointed out by using a liquid crystal panel as a television mainly for displaying moving images.
この理由は主に、液晶層の粘度及び層の厚みのために、液晶分子の配向変化が印加波形から遅れるためである。また、バックライトも含めた表示装置として観察する場合には、表示フレーム内でバックライトが常時点灯していて画像が表示され続けること(ホールド駆動)も大きな要因である。 This is mainly because the orientation change of the liquid crystal molecules is delayed from the applied waveform due to the viscosity of the liquid crystal layer and the thickness of the layer. In the case of observation as a display device including a backlight, the fact that the backlight is always lit in the display frame and an image is continuously displayed (hold drive) is also a major factor.
(2)視野角
他のディスプレイ(例えば、ブラウン管ディスプレイ等)と比較して、液晶パネルディスプレイは視野角が狭い。これは、液晶パネルディスプレイが液晶配向を表示に用いていることに原因があり、液晶配向の向きと観察方向との関係が光透過率や光反射率に影響するためである。
(2) Viewing angle A liquid crystal panel display has a narrow viewing angle compared with other displays (for example, a cathode ray tube display etc.). This is because the liquid crystal panel display uses the liquid crystal alignment for display, and the relationship between the orientation of the liquid crystal alignment and the observation direction affects the light transmittance and the light reflectance.
特に、テレビ用途等での液晶パネルディスプレイの開発においては、視野角を広げることが大きな技術課題となっている。 In particular, in the development of liquid crystal panel displays for television applications and the like, increasing the viewing angle is a major technical issue.
現在は、例えば、IPS(インプレインスイッチング)方式やVA(垂直配向)方式によって視野角を拡大する対策が採られている。これらの方式は、表示に用いる液晶配向の向き(例えば、明表示の場合又は暗表示の場合)の組み合わせを工夫することにより、液晶パネルディスプレイの光透過率が観察方向にできるだけ依存しないようにしている。 Currently, measures are taken to increase the viewing angle by, for example, an IPS (in-plane switching) system or a VA (vertical alignment) system. These methods are designed so that the light transmittance of the liquid crystal panel display does not depend on the viewing direction as much as possible by devising a combination of orientations of liquid crystal alignment used for display (for example, bright display or dark display). Yes.
また、これらの方式ほどの効果はないが、液晶分子を用いた位相差フィルムを偏光フィルタと液晶層との間に配置して視野角を拡大する工夫もなされている。 Further, although not as effective as these methods, a device for expanding a viewing angle by arranging a retardation film using liquid crystal molecules between a polarizing filter and a liquid crystal layer has been devised.
(3)コントラスト
明表示の輝度を暗表示の輝度で割った値はコントラスト(これは、コントラスト比とも称され、また、通常は暗室で測定されるために、暗所コントラストとも称される。)と定義され、表示品位の一つの指標として用いられている。
(3) Contrast The value obtained by dividing the brightness of the bright display by the brightness of the dark display is the contrast (this is also referred to as the contrast ratio, and is usually also referred to as the dark place contrast because it is measured in a dark room). And is used as an indicator of display quality.
コントラストが低い表示装のコントラストは非常に重要な指標である。コントラストにおいて、液晶パネルディスプレイは、完全な黒を表示することが難しく、限界がある。 The contrast of a display device with a low contrast is a very important index. In contrast, a liquid crystal panel display has a limit because it is difficult to display perfect black.
これは、バックライトからの入射光を液晶パネル部が十分に遮蔽しきれないためであり、より詳細な原因は、偏光フィルタの偏光度が完全に100%ではないことや、液晶層やカラーフィルタ等により偏光が若干解消されるために、視野角によっては表示光が漏れてきてそれが見えること等である。 This is because the liquid crystal panel cannot sufficiently shield the incident light from the backlight. The more detailed cause is that the polarization degree of the polarizing filter is not completely 100%, the liquid crystal layer and the color filter. For example, since the polarization is slightly canceled due to, for example, the display light leaks depending on the viewing angle, and the like can be seen.
このために、液晶パネルディスプレイによって映画等における暗い画面を映すと、例えば漆黒の闇のような表現が難しくなり、テレビ等の映像用途に液晶パネルを用いる場合の技術課題となっている。 For this reason, when a dark screen in a movie or the like is projected by a liquid crystal panel display, it becomes difficult to express, for example, darkness of jet black, which is a technical problem in the case of using a liquid crystal panel for video applications such as a television.
なお、通常の照明が点灯した室内におけるコントラスト(明所コントラスト)については、液晶パネル(例えば透過型液晶パネル)はPDP(プラズマディスプレイパネル)等に比べてむしろ高い。これは、明所コントラストは、観察者が見る光と同様に、表示による輝度に加えて周囲の照明が表示面で反射された光も同時に測定されるためである。 Note that the contrast (light contrast) in a room in which normal illumination is turned on is rather higher in a liquid crystal panel (for example, a transmissive liquid crystal panel) than in a PDP (plasma display panel) or the like. This is because the bright place contrast is measured simultaneously with the light reflected by the display surface in addition to the brightness due to the display, similarly to the light seen by the observer.
液晶パネルディスプレイの表示面の反射率はPDPの反射率より低く、明所コントラストの低下が少ない。これは、液晶パネルにおいては、光を吸収するカラーフィルタ及び偏光フィルムが表示面に配置されているのに対し、PDPにおいては、蛍光体それ自体が白くて反射率が高いためである。 The reflectance of the display surface of the liquid crystal panel display is lower than the reflectance of the PDP, and there is little decrease in bright place contrast. This is because in a liquid crystal panel, a color filter and a polarizing film that absorb light are arranged on the display surface, whereas in a PDP, the phosphor itself is white and has a high reflectance.
実際に、現在の液晶パネルの暗所コントラストは500〜1000程度であるので、液晶パネルのコントラストが問題になるのは、暗い室内で観察する場合に限られ、明るい室内で使用する用途では問題にならないことが多い。 Actually, the contrast in the dark place of the current liquid crystal panel is about 500 to 1000, so the contrast of the liquid crystal panel becomes a problem only when observing in a dark room, and it is a problem in an application used in a bright room. Often not.
(4)消費電力
液晶パネルは、液晶素子自らが発光(自発光)しているわけではないために、一定量の光を放出する発光源が必要な場合があり、発光素子に比べると効率が悪くなる場合がある。
(4) Power consumption Since the liquid crystal panel itself does not emit light (self-emission), there is a case where a light emitting source that emits a certain amount of light is required, which is more efficient than the light emitting element. It may get worse.
これは、偏光フィルタやカラーフィルタ等が配置されているために、バックライトを除いた液晶パネルの光の透過率が約5%〜10%になり、バックライトからの光の大半が偏光フィルタやカラーフィルタによって吸収されてしまうからである。そのために、一般に、プラズマディスプレイパネル(PDP)等に比べて消費電力は高くなってしまう。 This is because a polarizing filter, a color filter, and the like are arranged, so that the light transmittance of the liquid crystal panel excluding the backlight is about 5% to 10%, and most of the light from the backlight is a polarizing filter or This is because it is absorbed by the color filter. Therefore, in general, power consumption is higher than that of a plasma display panel (PDP) or the like.
また、バックライトを用いない液晶パネル(反射型液晶パネル)は、低消費電力の表示素子として多用されるが、用途によっては消費電力が問題になる。これは、液晶が交流駆動しなければならないためであり、表示内容が書き換わらない場合(静止画の場合)であっても、充放電のための電力が必要なためである。これらに対して、液晶ではなく他の表示方式(電気泳動ディスプレイなど)が開発されている。 In addition, a liquid crystal panel that does not use a backlight (reflection type liquid crystal panel) is frequently used as a display element with low power consumption, but power consumption becomes a problem depending on the application. This is because the liquid crystal must be AC driven, and even when the display content is not rewritten (in the case of a still image), power for charging and discharging is necessary. In contrast, other display methods (electrophoretic display, etc.) have been developed instead of liquid crystals.
(5)ドット落ち
液晶パネルは極めて繊細な構造を有しており、薄膜トランジスタを利用する現在主流であるTFT型液晶パネルにおいて、膨大な数のトランジスタがガラス基板上に形成されている。
(5) Dot drop The liquid crystal panel has a very delicate structure, and in the TFT-type liquid crystal panel which is currently mainstream using thin film transistors, a huge number of transistors are formed on a glass substrate.
トランジスタは異物の混入に対して極めて弱い電子部品であるために、数オングストローム程度の塵が混入しても動作不良を起こしてしまう。この結果、関連する電子回路に異常を持つドット(画素子)は正常に機能しないために、一般に言う所のドット落ちが発生する。 Since a transistor is an electronic component that is extremely weak against contamination by foreign matters, even if dust of about several angstroms is mixed in, a malfunction occurs. As a result, a dot (image element) having an abnormality in a related electronic circuit does not function normally, so that a dot drop is generally generated.
現状では、液晶パネル1枚当りで2個〜3個程度のドット落ちを容認しないと、液晶パネルの単価が10倍にも上昇すると言われており、メーカーは技術上の限界として顧客対応に苦慮している。 At present, it is said that the unit price of a liquid crystal panel will increase 10 times if a drop of about 2 to 3 dots is not allowed per LCD panel, and the manufacturer has difficulty in dealing with customers as a technical limit. is doing.
以上に述べた問題点の中で、応答速度の低下は動画の画質を著しく劣化させる要因になっており、ディスプレイの性能向上には必須の項目となっている。 Among the problems described above, a decrease in response speed is a factor that significantly degrades the image quality of moving images, and is an essential item for improving display performance.
上述した問題点に対しては、液晶材料の低粘度化、液晶層厚の低減、表示駆動波形をオーバーシュートさせる工夫(オーバードライブ)、表示駆動波形によって表示フレーム間への黒表示の挿入、及びバックライトの明滅等の対策が採られている。 For the above-mentioned problems, the viscosity of the liquid crystal material is reduced, the thickness of the liquid crystal layer is reduced, the device for overshooting the display drive waveform (overdrive), the insertion of black display between display frames by the display drive waveform, and Measures such as blinking of the backlight are taken.
しかしながら、応答速度の向上は若干見られるものの、根本的な特性の改善には至っていない。 However, although the response speed is slightly improved, the fundamental characteristics have not been improved.
これに対して、新しい光制御装置の提案も行われており、いわゆるオパール3D構造を有するフォトニック結晶を用いた高速光制御装置の提案が行われている。 On the other hand, a new light control device has been proposed, and a high-speed light control device using a photonic crystal having a so-called opal 3D structure has been proposed.
しかしながら、上述の構造では、3D構造を基板上に形成する必要があり、そのプロセスは非常に複雑である。 However, in the above structure, it is necessary to form a 3D structure on the substrate, and the process is very complicated.
一方、上述の問題点を改善するために、平面型の表示装置において、波長選択機能を有する層と、波長シフト機能を有する層とを有する波長シフト型光制御装置が本出願人による先願において提起されているが、この構成により、簡便な手法で、安定した高速動画特性を得ることが可能となる(後記の特許文献1参照)。 On the other hand, in order to improve the above-mentioned problem, in the flat-type display device, a wavelength shift type light control device having a layer having a wavelength selection function and a layer having a wavelength shift function is disclosed in a prior application by the present applicant. Although proposed, this configuration makes it possible to obtain stable high-speed moving image characteristics with a simple method (see Patent Document 1 described later).
即ち、この波長シフト型光制御装置は、基板上に、特定波長の光透過率(光吸収)を制御できる機能を有する層と、特定波長の光のみを透過する層とを形成することを特徴としている。 That is, this wavelength shift type light control device is characterized in that a layer having a function of controlling light transmittance (light absorption) of a specific wavelength and a layer that transmits only light of a specific wavelength are formed on a substrate. It is said.
ここで、基板上に、特定波長の光透過率(光吸収)を制御できる機能を有する層においては、例えば、フォトニック結晶に電圧を印加することでその構成要素の屈折率を変化させ、フォトニックバンド波長を変化させることによって、特定波長の光透過率(光吸収)の制御が達成される。 Here, in the layer having a function capable of controlling the light transmittance (light absorption) of a specific wavelength on the substrate, for example, by applying a voltage to the photonic crystal, the refractive index of the component is changed, and the photo By changing the nick band wavelength, the light transmittance (light absorption) of a specific wavelength is controlled.
図5は、こうした波長シフト型光制御装置の構成例58を示す。 FIG. 5 shows a configuration example 58 of such a wavelength shift type light control device.
この構成例58においては、図5(A)に示すように、LED(発光ダイオード)によるバックライトモジュール56を光源に用いて、ガラス基板61上に、透明電極55と強誘電性を有するPLZT(PbLaZrTiO3)層57との積層構造からなるフォトニック結晶構造を配し、その上部に、波長選択機能を有するカラーフィルタ52R、52G及び52Bを配置している。
In this configuration example 58, as shown in FIG. 5A, a
また、図5(B)には、ガラス基板61上に、カラーフィルタ52R、52G及び52B、透明電極55並びにPLZT層57が積層構造を有して配置された状態を平面的に示す。
FIG. 5B is a plan view showing a state in which the
しかしながら、図5に示した先願発明の構造では、フォトニック結晶に電圧Vを印加する層55と波長シフト機能を有する層57との積層構造を有するために、電圧を印加する層55には導電性が求められることから、選択可能な材料が限定されてしまうこと等の問題点がある。
However, the structure of the invention of the prior application shown in FIG. 5 has a laminated structure of the
また、導電性材料は比較的屈折率が高いことから、波長シフト機能を有する層57との屈折率差を大きく取ることが難しいという問題も発生する。
In addition, since the conductive material has a relatively high refractive index, there is a problem that it is difficult to obtain a large difference in refractive index from the
また、可視領域の波長制御を行うために100nm以下の薄膜の積層構造が必須となるために、導電性材料を用いる場合には、上下部での電極間の短絡(絶縁破壊)等の懸念がある。 In addition, since a laminated structure of a thin film of 100 nm or less is indispensable in order to control the wavelength in the visible region, there is a concern such as a short circuit (dielectric breakdown) between electrodes in the upper and lower parts when using a conductive material. is there.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的簡便な手法で作製できる高速応答が可能な光制御装置において、その構成材料の制約を少なくし、目的とする光学特性のために隣接層間の屈折率差を大きくし、かつ電極間の短絡を十分に防止することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the object thereof is to reduce the restrictions on the constituent materials in a light control device capable of high-speed response that can be manufactured by a relatively simple method. Therefore, the difference in refractive index between adjacent layers is increased, and a short circuit between electrodes is sufficiently prevented.
即ち、本発明は、入射光の光学特性を変化させ、この変化した光学特性の光を出射する光学機能層と、前記光学特性を変化させるために前記光学機能層に電界を作用させる対向電極とを有し、この対向電極が、光の進行方向と交差する方向に対向して設けられている光制御装置に係わるものである。 That is, the present invention provides an optical functional layer that changes the optical characteristics of incident light, emits light having the changed optical characteristics, and a counter electrode that applies an electric field to the optical functional layer in order to change the optical characteristics. The counter electrode is related to a light control device provided facing the direction crossing the light traveling direction.
本発明の光制御装置によれば、前記対向電極が光の進行方向と交差する方向に対向して設けられているために、前記光学機能層の光透過部以外の位置に前記対向電極を配置することができる。従って、前記対向電極が光透過部では前記光学機能層とは積層されないために、その電極構成材料は前記光学機能層との屈折率差を考慮せずに種々のものから選択でき、また前記対向電極は前記光学機能層の両側面又はその近傍に配置できるために、光透過部の膜厚が薄くても前記対向電極間の短絡を防止することができる。 According to the light control device of the present invention, since the counter electrode is provided so as to face in the direction intersecting the light traveling direction, the counter electrode is disposed at a position other than the light transmitting portion of the optical function layer. can do. Therefore, since the counter electrode is not laminated with the optical function layer in the light transmitting portion, the electrode constituent material can be selected from various materials without considering the refractive index difference with the optical function layer, and the counter Since the electrodes can be arranged on both side surfaces of the optical functional layer or in the vicinity thereof, even if the thickness of the light transmission portion is small, a short circuit between the counter electrodes can be prevented.
この光制御装置はまた、各構成層を比較的簡便な手法で形成することができ、光制御装置の動作特性として高速応答性に優れている。 This light control device can also form each constituent layer by a relatively simple method, and is excellent in high-speed response as an operation characteristic of the light control device.
本発明においては、上記の効果を十二分に発揮するために、前記対向電極の各電極が、前記光学機能層の一方の面の一端側と、その他方の面の他端側とにそれぞれ配置されているのが望ましい。 In the present invention, in order to fully exhibit the above-described effect, each electrode of the counter electrode is provided on one end side of one surface of the optical functional layer and the other end side of the other surface, respectively. It is desirable that they are arranged.
また、前記光学機能層と非導電層とが積層されてなる積層構造を有するのが望ましい。 Moreover, it is desirable to have a laminated structure in which the optical functional layer and the nonconductive layer are laminated.
この場合に、複数の前記光学機能層が積層されているのがよく、これらの複数の光学機能層のそれぞれにおいて、前記対向電極間に電圧が印加されてよい。 In this case, a plurality of the optical function layers may be laminated, and a voltage may be applied between the counter electrodes in each of the plurality of optical function layers.
また、前記光学特性として前記入射光の波長が変化した出射光が得られるのが望ましく、この場合に、前記入射光の透過波長又は吸収波長が変化してよく、前記光学機能層に対向して、光の進行方向において波長選択性のあるフィルタが配置されるのが望ましい。 In addition, it is desirable to obtain outgoing light in which the wavelength of the incident light is changed as the optical characteristic. In this case, the transmission wavelength or absorption wavelength of the incident light may change, and the optical function layer may be opposed to the optical function layer. It is desirable to arrange a filter having wavelength selectivity in the light traveling direction.
そして、この場合に、前記対向電極間に電圧が印加されることにより、前記光学機能層の少なくとも屈折率が制御されてよい。 In this case, at least the refractive index of the optical functional layer may be controlled by applying a voltage between the counter electrodes.
また、前記光学機能層がフォトニック結晶構造を有するのが望ましい。 The optical functional layer preferably has a photonic crystal structure.
また、前記光の進路上に液晶素子が配置され、この液晶素子によって前記光が更に変調されてよい。 In addition, a liquid crystal element may be disposed on the light path, and the light may be further modulated by the liquid crystal element.
また、前記積層構造が複数の画素を形成し、前記出射光によるカラー表示が行われる表示装置として構成することができ、この場合に、前記入射光がバックライト光源又は外部光源から得られ、前記出射光がカラーフィルタに通されるのが望ましい。 Further, the stacked structure forms a plurality of pixels and can be configured as a display device that performs color display by the emitted light.In this case, the incident light is obtained from a backlight light source or an external light source, The emitted light is preferably passed through the color filter.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1の実施の形態
図1及び図2は、本発明の第1の実施の形態による光制御装置8aを示すものである。
First Embodiment FIGS. 1 and 2 show a
図1(A)及び図1(B)に示すように、LEDからなるバックライトモジュール6に対向して、可視領域において光吸収のない基板(例えばガラス基板)11上に、非導電層(例えばSiO2膜)3と非線形光学層(例えばニトロアニリン膜又はPLZT層)4とを交互に積層した積層構造が形成されている。この積層構造は、それぞれ画素(ピクセル)を構成しており、非導電層3と非線形光学層4とは、目的とする光学特性を示すように、所定の屈折率差をなして接合している。
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a non-conductive layer (for example, a glass substrate) 11 that does not absorb light in the visible region is opposed to the backlight module 6 made of LEDs. A laminated structure in which SiO 2 films) 3 and nonlinear optical layers (for example, nitroaniline films or PLZT layers) 4 are alternately laminated is formed. Each of the stacked structures constitutes a pixel, and the
また、各非線形光学層4に電圧V1、V2、V3、V4を印加するために、透明電極(例えばITO又はポリエチレンジオキシチオフェン電極)5が、各非線形光学層4の左端上面位置及び右端下面位置に、光の進行方向と交差してそれぞれ配置されている。これらの透明電極(対向電極)は、バックライトモジュール6の光軸に干渉しない位置(バックライトからの光の通過部を避けた位置)に対向して配置されている。各電極5は、非導電層3内に部分的に埋設された状態となっているが、これに限られるものではない。また、各電圧は互いに同じであってもよいが、異ならせてもよい。
Further, in order to apply the voltages V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 to each nonlinear
この構造は、色の3原色の波長領域に対応させた表示装置として構築されることにより、色相を任意に制御することが可能な平面型の表示素子が作製可能である。 By constructing this structure as a display device corresponding to the wavelength regions of the three primary colors, a flat display element capable of arbitrarily controlling the hue can be manufactured.
本実施の形態においては、例えば、可視領域に吸収のない基板としての例えば石英等のガラス基板11上に、非導電層としてのSiO2膜3と、電圧を印加する透明電極層5としてのITO層と、電圧を印加することで屈折率の制御が可能な非線形光学層(例えばPLZT膜)4とが、例えば、各々100nmの厚みで21層積層されることにより、波長シフト機能を有する光制御装置8aを作製可能である。
In the present embodiment, for example, a SiO 2 film 3 as a non-conductive layer and ITO as a
この光制御装置では、非線形光学層(電気光学膜)4に対して透明電極5−5を斜めに対向して配置されているので、非線形光学層4には、その膜厚と長さとの関係を考慮すると、膜面の略横方向の電界が発生する。このために、非線形光学層4は、横方向の電界との相互作用により屈折率が変化する。この場合、非線形光学材料は膜面に垂直に配向する傾向が高いことから、膜面垂直方向の電界に比べて、横方向の電界には大きく反応し、屈折率の変化が大きくなる。
In this light control apparatus, since the transparent electrode 5-5 is disposed obliquely opposite to the nonlinear optical layer (electro-optic film) 4, the nonlinear
上述のSiO2膜3、ITO層5及びPLZT膜4は、例えば、常法のスパッタ法にてそれぞれ形成され、その後の熱処理によりPLZT膜4が結晶化される。その後に、波長選択機能を有する層として、可視領域に吸収の無いガラス基板1の背面にカラーフィルタ2R、2B及び2Gがそれぞれ固定されている。
The above-mentioned SiO 2 film 3,
図2には、波長がλ1の入射光L0が光制御装置8a内を透過した後に、波長がλ2の出射光Lに変換されて各カラーフィルタを経て取り出される。これは、入射光L0が各画素毎にR、G又はBに相当する波長光に選択的にシフトされ、各カラーフィルタに通されて出射光Lとして取り出される。
In FIG. 2, after the incident light L 0 having a wavelength of λ 1 is transmitted through the
この光制御装置8aの応答速度を調べた結果、従来の液晶を用いた表示素子の場合には8msecであったのに対して8μsecになり、高速な動作を得ることができる。
As a result of examining the response speed of the
なお、本実施の形態では、導電層5としてITO層を用い、電圧を印加することで屈折率の制御が可能な特性を有する材質であるPLZTを非線形光学層4の構成材料に用いたが、この材料に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で構造及び条件等は適宜変更可能である。
In the present embodiment, an ITO layer is used as the
例えば、強誘電体膜の材質として、少なくともトリゴナル結晶系のLiNbO3及びLiTaO3、ペロブスカイト結晶系のBaNaNb5015、PbLaZrTi、PbLaLiZrTi、PbZrTi、KTiOPO4及びKNbO3等を使用してもよい。 For example, at least trigonal crystalline LiNbO 3 and LiTaO 3 , perovskite crystalline BaNaNb 5015, PbLaZrTi, PbLaLiZrTi, PbZrTi, KTiOPO 4 and KNbO 3 may be used as the material of the ferroelectric film.
また、別の構成例として、フォトニック結晶構造の構成材料に、例えば、波長シフト可能な薄膜4としてニトロアニリン膜、非導電性薄膜3としてSiO膜、及び、透明電極5としてポリエチレンジオキシチオフェン膜をそれぞれ用いることにより、光制御装置8aを形成することもできる。
As another configuration example, for example, a constituent material having a photonic crystal structure includes, for example, a nitroaniline film as a wavelength-shiftable
即ち、可視領域に吸収の無い基板、例えば石英等のガラス基板11上に、非導電層3としてのSiO膜、電圧を印加する電極5としてポリエチレンジオキシチオフェン、電圧を印加することで屈折率の制御が可能なニトロアニリン膜4が、例えば、それぞれ100nmの厚さで31層積層されることにより、波長シフト機能を有する層が作製可能である。
That is, on a substrate that does not absorb in the visible region, for example, a glass substrate 11 such as quartz, the SiO film as the
また、有機導電体層(ポリエチレンジオキシチオフェン)5は、例えば、スピンオン法にて形成され、ニトロアニリン膜は蒸着法にて形成されることができる。 The organic conductor layer (polyethylenedioxythiophene) 5 can be formed by, for example, a spin-on method, and the nitroaniline film can be formed by an evaporation method.
その後、波長選択機能を有する層として、可視領域に吸収のないガラス基板1上にカラーフィルタ2R、2G及び2Bが固定される。
Thereafter, the
この構成による光制御装置によって応答速度を調べた結果、従来の液晶を用いた表示素子の場合には8msecであったのに対して8μsecとなり、高速な動作を得ることができる。 As a result of examining the response speed with the light control device having this configuration, it is 8 μsec, compared with 8 msec in the case of a display element using a conventional liquid crystal, and a high-speed operation can be obtained.
本実施の形態によれば、波長シフト機能を有する層4への電極5の配置は光透過部以外の位置とされ、この配置された複数の対向電極5により電圧が印加される。また、波長シフト機能を有する層4と合わせて使用する層3は、波長シフト機能を有する層4との間に十分に屈折率差を取ることができる非導電性材料から選択することができ、材料選択に制約を受け難い。
According to the present embodiment, the
例えば、従来のITOではn=1.9程度であるが、代表的なシリコン酸化膜ではn=1.4となり、0.5程度小さくすることができる。 For example, in conventional ITO, n = about 1.9, but in a typical silicon oxide film, n = 1.4, which can be reduced by about 0.5.
また、材質が非導電性であることから、既述した導電性材料と非線形光学膜との積層構造において各電極の間で生じやすい短絡や絶縁破壊等の問題も発生し難くなる。 In addition, since the material is non-conductive, problems such as short circuit and dielectric breakdown that are likely to occur between the electrodes in the laminated structure of the conductive material and the nonlinear optical film described above are less likely to occur.
この光制御装置は、比較的簡便な方法で形成することが可能となり、また高速応答が可能となって良好な特性を得ることができる。 This light control device can be formed by a relatively simple method, can respond at high speed, and can obtain good characteristics.
第2の実施の形態
図3は、本発明の第2の実施の形態による光制御装置8bを示すものであり、カラーフィルタ2R、2B及び2Gと最上段の非導電層3との間にLCD(液晶素子)7が配置されている以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
Second Embodiment FIG. 3 shows a light control device 8b according to a second embodiment of the present invention, and an LCD between the
即ち、このLCD7の存在により、上記した積層構造から得られる波長シフト(変換)された出射光が更に光変調され、目的とする波長光を選択的に取り出すことができる。但し、LCD7は概略図示されており、その構造は公知のものから採用可能である。
That is, due to the presence of the
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
例えば電極5の配置は、図4(A)のような上述した例以外にも、図4(B)、(C)のように非導電層3の各端面に被着されていてもよい。
For example, the
また、非導電層3と非線形光学層4との積層構造は、必ずしも複数個積層する構造である必要はなく、例えば、個数を1つのみとしてもかまわないが、十分な波長変換を行うには複数個積層するのがよい。
Further, the laminated structure of the
また、バックライトモジュール6の位置については、これからの発光光が十分に活用されるならば、基板11からの距離は変更することができる。このバックライトは透過型の表示装置に好適であるが、反射型とする場合にはバックライトは不要であり、光源は外部光となる。 As for the position of the backlight module 6, the distance from the substrate 11 can be changed if the emitted light from now on is sufficiently utilized. This backlight is suitable for a transmissive display device, but in the case of a reflective type, the backlight is unnecessary and the light source is external light.
また、LCD7の配置については、光制御装置8aの光出射側のみならず、光入射側に設けてもよい。また、LCD7を、それぞれの色部分(ドット)ごとに独立して設けてもよい。
The
本発明の光制御装置は、平面型の表示装置に好適である。 The light control device of the present invention is suitable for a flat display device.
1、11…基板、2R、2G、2B…カラーフィルタ、3…非導電層、
4…非線形光学層、5…透明電極、6…バックライトモジュール、7…LCD、
8a、8b…光制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 ... Board | substrate, 2R, 2G, 2B ... Color filter, 3 ... Non-conductive layer,
4 ... Nonlinear optical layer, 5 ... Transparent electrode, 6 ... Backlight module, 7 ... LCD,
8a, 8b ... Light control device
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007206189A JP2009042419A (en) | 2007-08-08 | 2007-08-08 | Optical control device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=40443224
Family Applications (1)
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JP2007206189A Pending JP2009042419A (en) | 2007-08-08 | 2007-08-08 | Optical control device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009042419A (en) |
-
2007
- 2007-08-08 JP JP2007206189A patent/JP2009042419A/en active Pending
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