JP2001051271A - Display device - Google Patents

Display device

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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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JP
Japan
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light
liquid crystal
optical
optical waveguide
display
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Pending
Application number
JP11222993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eriko Matsui
恵理子 松居
Sakuya Tamada
作哉 玉田
Shunichi Hashimoto
俊一 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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  • Liquid Crystal (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a device which can save space and electric power and which realizes high image quality by disposing a light emitting element, optical waveguide to guide the light introduced from the light emitting element, optical switch to turn on and off the guided light, and color converting member which is excited by the guided light to emit light. SOLUTION: A short wavelength semiconductor laser or the like is used as a light source, an optical fiber 3 is used as the optical waveguide, a liquid crystal layer 4, especially a ferroelectric liquid crystal, which can perform fast switching and has a large difference in double refraction is used as the optical switch to control total reflection, and a phosphor layer 5 is used as the color converting member. Transparent electrodes 6, 7 are formed, for example, as XY matrix electrodes on both sides of the liquid crystal layer 4 to drive the layer 4. Furthermore, alignment films 8, 9 to align the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 4 are formed. With this structure, since the loss of light is small for increasing the light emission efficiency, the structure is simple and the device can be made large in size and can be made thin, regardless of its size.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
[0001] The present invention relates to an optical waveguide,
The present invention relates to a novel light emitting and display device of an optical waveguide type that excites a phosphor or the like by turning on / off light from a light emitting device.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, demands for electronic display devices have been increasing as man-machine interfaces.

【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。
[0003] Conventional electronic display devices include:
Self-luminous type and light-receiving type are classified, and as a self-luminous type electronic display device, CRT (cathode ray
tube, a plasma display (PDP), an electroluminescence display (ELD), a fluorescent display tube (VFD), a light emitting diode (LED), and the like.

【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。
As a light receiving type electronic display device, a liquid crystal display (LCD), an electrochromic display (ECD), an electrophoretic display (ECD)
PID), a dispersed particle oriented display (SPD), a colored particle rotating display (TBD), and the like are known.

【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。
However, for example, when the above-mentioned display is considered as a large-sized television receiver for home use, space and power consumption are reduced due to large volume and power consumption and insufficient response speed to follow a high-definition signal. In terms of image quality, it is hard to say that it has been fully completed.

【0006】[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)。
In such a situation,
In the 1970's, a thin display combining an optical waveguide and an optical switch was proposed (US Pat. No. 383).
No. 8908).

【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。
In this thin display, the refractive index is controlled by the liquid crystal, and the total reflection of the optical waveguide is controlled.

【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。
However, at that time, lasers, LEDs, and the like as light sources were not put into practical use, and the optical transmission loss of the optical waveguide was enormous. As it did not exist, it has not been commercialized.

【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)。
On the other hand, in the 1990's, liquid crystal displays have been put into practical use, and their cost has been reduced.
In addition, as a disadvantage of the liquid crystal display, insufficient color purity and insufficient brightness have been pointed out, but as a means to solve it, using ultraviolet light or blue light instead of white light as the backlight of the liquid crystal, A display in which a liquid crystal panel is used as a shutter and a phosphor is disposed on the front surface has been devised (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-203909, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1997).
197372).

【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)。
Further, a laser of three primary colors of RGB is used as a light source,
A display that guides light using an optical fiber and turns it on and off using a liquid crystal switch has also been proposed (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。
However, each of them has advantages and disadvantages and has not yet been put to practical use.

【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。
The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel display element which can realize space saving, power saving, high image quality, and has a sufficient response speed.

【0013】[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。
In order to achieve the above-mentioned object, a display device according to the present invention comprises a light-emitting element and light from the light-emitting element which is introduced and can take out the introduced light from an intermediate portion. An optical waveguide, an optical switch for turning on and off light extracted from the optical waveguide, and a color conversion member that emits light when excited by the light extracted from the optical waveguide.

【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。
As the optical waveguide, an optical fiber at least partially having no clad layer or an optical fiber having a clad layer at least partially having the same refractive index as the core layer is used.

【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。
The display element of the present invention is a display element having a novel configuration in which a light-emitting element, an optical waveguide, an optical shutter, and a color conversion member such as a phosphor are combined. Since it is a self-luminous type that is frequently used, it has advantages such as being very bright, being thinner, larger, and capable of higher definition.

【0016】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a display device to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

【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。
The display element of the present invention uses a low-wavelength semiconductor laser or a light-emitting diode as a light source and an optical fiber (wire or rod-shaped) as an optical waveguide, and uses a liquid crystal, particularly a liquid crystal, as an optical switch for controlling total reflection. It uses a ferroelectric liquid crystal capable of high-speed switching and having a large birefringence difference, and is provided with a phosphor on the front surface.

【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。
The display element thus configured can be made thin, large, and high-definition, and is very bright because it is a self-luminous type that uses a light source efficiently, and is required for a large screen. A contrast ratio of 500: 1 can be realized.

【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。
FIG. 1 shows an example of a display element to which the present invention is applied, and shows a cross-sectional structure thereof.

【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。
In the display device shown in FIG. 1, an optical fiber 3 is fixed on a glass substrate 1 (for example, Corning 7059) by a low refractive index polymer 2, and a liquid crystal layer 4 serving as an optical switch is further provided thereon. A phosphor layer 5 as a color conversion member is formed.

【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。
On both sides of the liquid crystal layer 4, transparent electrodes 6 and 7 for driving the liquid crystal layer 4 are formed as, for example, XY matrix electrodes, and an alignment film for aligning liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 4. 8, 9 are formed.

【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。
The liquid crystal layer 4 must be sealed in a cell. A cell is formed by arranging a glass substrate 10 facing the glass substrate 1 at a predetermined interval, and filling the cell with a liquid crystal material. It is formed by. Therefore, one transparent electrode 7 and the alignment film 9 are formed on the glass substrate 10.

【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。
The optical fiber used in the present invention is in the form of a wire or rod made of an inorganic material or an organic material, and is different from a three-dimensional waveguide formed on a substrate. It is a simple substance. The length is sufficiently large as compared with the waveguide diameter.

【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。
The cross-sectional shape of the optical fiber is arbitrary and is not particularly limited, but may be, for example, a circle, a polygon, or the like. Ferroelectric liquid crystals can be aligned with good contrast even on a semi-cylindrical shape.

【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。
This optical fiber is used by being fixed to a substrate with a polymer having a low refractive index.

【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。
The polymer type three-dimensional optical waveguide to be formed on the substrate is uniformly coated in advance to obtain a three-dimensional structure.
It must be etched. Micron-order processing accuracy cannot be obtained by chemical etching, and reactive ion etching (RIE) is required to increase processing accuracy.
However, in this case, the surface of the waveguide is roughened, and the light loss is increased. Actually, when comparing the optical loss between the polymer type three-dimensional waveguide and the polymer type optical fiber, 0.16 dB / cm (at a wavelength of 633 nm) (KS Brown, et. Al., “Characterization of P
oly (Phenylsilsesquixane) Thin-Film Planar optical
Waveguides ”, IEEE Photonics Technology Letters,
Vol. 9, No. 6, 1997) and 0.4 dB / m (wavelength 633)
nm) and the difference is evident.

【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。
On the other hand, the liquid crystal material used for the liquid crystal layer is arbitrary, but a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal is preferable.

【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。
Since the ferroelectric liquid crystal has a composition containing a large number of tricyclic molecules, it is characterized in that it has a large birefringence difference, unlike a general nematic liquid crystal in which a large number of bicyclic molecules are contained. In an optical switch that controls total reflection using a change in refractive index, the loss is smaller as the birefringence difference is larger. In particular, a ferroelectric liquid crystal has a response speed of the order of microseconds (the response speed of a nematic liquid crystal is of the order of milliseconds) because the permanent dipole of the liquid crystal molecules itself acts on an applied electric field. It can sufficiently cope with driving of a high-definition display represented by definition.

【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。
The display time of one pixel is as follows. In the case of HDTV of an interlace signal, when a simple matrix drive is performed without using an active element or the like, 1/30 Hz / 1125 lines = 29.6 μs. In the case of a UXGA of a progressive signal, 1/60 Hz / 1200 lines = 14 μs.

【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。
As shown in FIG. 2, the effective refractive index n eff of the liquid crystal is represented by the following equation (1), where φ is the angle between the long axis of the liquid crystal molecules and the incident direction of the light beam polarized parallel to the substrate surface. ,
(Y. Sadorihara, et. Al., Technology Report of the
0saka University, Vol. 42, No. 2091, pp. 137, 19
92), by controlling the orientation direction, n⊥ <n eff <n
Take a value in the range //.

【0031】[0031]

【数1】 (Equation 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
eff を次のように選定する。
(N //: refractive index in the major axis direction of liquid crystal molecules, n
⊥: Refractive index in the short axis direction of liquid crystal molecules) The most important point in designing an optical switch is controlling the refractive index of the liquid crystal. on·
In order to optimize the OFF ratio, n eff in the ON state and the OFF state is selected as follows.

【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)。
Assuming that n eff OFF is off and n eff ON is on, the above equation can be rewritten as the following equation (2), where n eff OFF <n f <n eff ON ( nf : refractive index of the optical fiber). Here, θ is a tilt angle when a certain liquid crystal composition and an alignment film are used (see FIG. 2).

【0034】[0034]

【数2】 (Equation 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
eff 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。
The alignment direction of the liquid crystal is (φ + θ). At this time, in order to select φ, the following is considered from the relationship with the refractive index of the optical fiber. As an example, n⊥ is 1.493, n
// is 1.667, θ is 20 °, and the refractive index is 1.
Assuming that 59 optical fibers are used, the relationship between φ and the effective refractive index n eff is calculated as shown in FIG. Therefore,
When φ is 31 °, the difference from n f is the largest both on and off. Therefore, the orientation direction may be set to 41 °.

【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。
The conditions for the refractive index of the liquid crystal are different depending on the tilt angle and the refractive index of the optical waveguide, but the refractive index n⊥ in the minor axis direction is less than the refractive index of the cladding layer or the core layer of the optical waveguide. It is preferable that the rate anisotropy Δn is 0.1 or more.

【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。
As the optical shutter, for example, a mechanical shutter or the like can be used.

【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。
As a light source, a near ultraviolet or blue wavelength is used. Low energy ultraviolet light having a large energy is useful for the phosphor, but many liquid crystal and polymer organic substances have ultraviolet absorption, and deterioration is expected. Also, the problem of transparency to ultraviolet light can be avoided.

【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。
As the color conversion member, a phosphor is used in consideration of quantum efficiency.

【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。)。
For example, when a blue light emitting element is used,
The conversion efficiency when a green light emitting element is used is compared (assuming that the quantum efficiency of the phosphor is 1).

【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。
Blue-green conversion efficiency and blue-red conversion efficiency λB / λG, λB / λR green-blue conversion efficiency and green-red conversion efficiency (1/2) λG / λB, λG / λR red-blue conversion efficiency and Red-green conversion efficiency (1/2) λR / λB, (1/2) λRG / λG Suppose blue 470 nm, green 550 nm, red 620 n
m, 64.8% for both green and red when the light emitting element is blue, 51.9% for both blue and red when the light emitting element is green, and both blue and green when the light emitting element is red. 37.2%. If the wavelength is lower than that of the light emitting element, the conversion efficiency decreases. Therefore, it is preferable to use a light source having a wavelength of blue or less.

【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。
When a blue laser is used as the light source, a laser dye organic phosphor may be used for the color conversion member of the blue pixel. This is to avoid the speckle effect which is one of the characteristics of the laser. Organic phosphors are good at color conversion with a wavelength shift of about the Stokes effect, and therefore have a wide range of material choices.

【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。
The basic structure of the display element to which the present invention is applied has been described above. A low-wavelength semiconductor laser or a light emitting diode is used as a light source, and an optical fiber (wire or rod) is used as an optical waveguide. Then, the calculation results of the transmission loss of a display using a liquid crystal as the optical switch for controlling total reflection, particularly a ferroelectric liquid crystal capable of being a high-speed switch and having a large birefringence difference, and having a phosphor disposed on the front surface are shown.

【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。
Light source coupling 80% × waveguide loss 80% × optical switch efficiency 80% = 51% Ultraviolet-visible conversion efficiency = 90% External light reflection + visible light utilization rate = 70% LD or LED power efficiency = 25% Total = 8% (12.5 times) The required power of the excitation source is π × 200 nit = 628 lm / m 2 (683 lm = 1 W at when a display of 100 inch size (3.1 m 2 ) at a luminance of 200 nit is considered. R 612 nm Relative luminosity 0.50 205 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86 W G 530 nm Relative luminosity 0.86 353 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86 W B 470 nm Relative luminosity 0.17 70 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86W Total 5.58W. Although it is an ideal value, the efficiency is considerably high. When a ferroelectric liquid crystal is used, it can take only two values because of its greatest feature, ie, memory properties, that is, it is bistable. As a method of displaying the present invention in full color, in addition to the time-resolved method and the area gradation method, light intensity modulation of a laser or LED as a light source can be considered.

【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。
In making a large display of 40 inches or more, when it is difficult to uniformly align the liquid crystal over the entire screen, as shown in FIG.
After the low-refractive-index polymer layer 12 is formed thereon, the space 13 may be left only in the pixel portion, and the liquid crystal material 14 may be put in the void 13 and covered with the low-refractive-index polymer. At this time, the liquid crystal is not injected but is applied in a coating type. The pixel area is 10
Even if it is 0 inch, it is about 1 mm 2 , so that the alignment of the liquid crystal becomes easy.

【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。
The orientation of the ferroelectric liquid crystal in a monostable / hemi-stable state may be selected. In that case, the active element is provided in each pixel without driving in the simple matrix.

【0047】[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。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.

【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。
First, a low-refractive-index polymer (Cytop: 1.34, trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., having a refractive index of 1.34) was formed on a 40 mm × 25 mm × 1.1 mm glass substrate (manufactured by Corning, trade name: 7059) with a thickness of 50 μm. Was applied using a squeegee.

【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。
Next, after precuring at 80 ° C. for 60 seconds, polycarbonate optical fiber (refractive index: 1.59,
Fiber diameter 1 mm: Adjust the refractive index of the cladding layer and the core layer, the difference is 0.01 or less, and arrange 10 lines (Polycarbonate optical fiber has refractive index between birefringence of liquid crystal and heat resistance) And calcined at 120 ° C. for 1 hour.

【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。
As shown in FIG. 1, a transparent electrode (ITO) was RF magnetron sputtered to a thickness of 20 nm using the OFF AXIS method so as to form a pixel perpendicular to the optical fiber.

【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)。
Further, polyvinyl alcohol (P
VA) Spin coat thin film (degree of polymerization 5OO, 1% by weight)
Aqueous solution, 200 rpm 5 seconds + 2000 rpm 20 seconds), 11
It was baked at 0 ° C. for 1 hour. After baking, the rubbing treatment was performed by setting the orientation direction to a direction inclined by (π / 2−θ) from the optical waveguide direction (θ: tilt angle of ferroelectric liquid crystal).

【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。
As a counter substrate, 10 lines of I
On a glass substrate with a TO transparent electrode (40 mm x 25 mm x
(0.1 mm) to form a PVA rubbing alignment film.

【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。
Further, a fine particle type inorganic phosphor (ZnS: Cu, Al) was formed to a thickness of 50 μm on the glass substrate on which the transparent electrode was not formed by using a sedimentation method.

【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。
The two substrates were combined so that the orientation directions were antiparallel, and bonded together with an ultraviolet-curing resin mixed with 0.15% by weight of a 3.0 μm spacer (manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd.). In the gap, a ferroelectric liquid crystal composition of 100
Injected at ° C. Table 1 shows the physical property values of the used ferroelectric liquid crystal composition. Although the cross section of the fiber was circular, good orientation was obtained.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 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。
As described above, calculations were performed to determine the optimum φ. The results are shown in FIGS.

【0057】各々、下記の通り計算され、配向方向を決
定した。
Each was calculated as follows to determine the orientation direction.

【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。
FLC1 48 ° + 15 ° = 63 ° FLC2 35 ° + 15 ° = 50 ° FLC3 40 ° + 20 ° = 60 ° FLC4 31 ° + 20 ° = 51 ° The wavelength of the incident light is 380 nm, and the polarization direction of the light is It was parallel to the substrate surface. The input / output coupling is TiO 2
This was performed using a rutile prism.

【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。
For the response of the liquid crystal, using a waveform generator,
A 1 kHz rectangular wave ± 5 V was applied.

【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。
The switching efficiency of the liquid crystal was measured using an optical power meter (TQ8210: manufactured by Advantest Co.), and the efficiency after forming the liquid crystal layer was calculated by setting the efficiency of the waveguide without the liquid crystal layer to 100%. Table 2 shows the results
Shown in

【0061】[0061]

【表2】 [Table 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。
In the manufactured display,
Light emission of the phosphor was observed.

【0063】[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。
As is clear from the above description, the display device of the present invention has a light-emitting display structure using an optical fiber as an optical waveguide. Since the structure is simple, it is possible to increase the size, and there are many advantages such as a reduction in thickness regardless of the size.

【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。
Further, for example, by selecting a film-like material for the optical fiber fixing layer, it is possible to deform (roll, etc.) into a shape that is easy to carry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part showing an example of a display element to which the present invention is applied.

【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。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a light guiding direction and a liquid crystal molecule position in a ferroelectric liquid crystal.

【図3】実効屈折率のφ依存性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing φ dependence of an effective refractive index.

【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。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a large-screen liquid crystal switching element structure.

【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。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing φ dependence of the effective refractive index when n⊥1.52 and n // 1.62.

【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。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing φ dependence of the effective refractive index when n⊥1.49 and n / 1.68.

【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。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing φ dependence of the effective refractive index when n⊥1.484 and n / 1.642.

【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。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing φ dependence of the effective refractive index when n⊥1.493 and n // 1.667.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
1,10 glass substrate, 2 low refractive index polymer, 3 optical fiber, 4 liquid crystal layer, 5 phosphor layer, 6,7 transparent electrode, 8,9 alignment film

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 Continuation of the front page (72) Inventor Shunichi Hashimoto 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference) 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)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
A light-emitting element, an optical waveguide into which light from the light-emitting element is introduced and capable of extracting the introduced light from an intermediate portion, and an optical switch for turning on and off light extracted from the optical waveguide. A color conversion member that emits light when excited by light extracted from the optical waveguide.
【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。
2. The display device according to claim 1, wherein the optical waveguide is at least partially formed of an optical fiber having no cladding layer.
【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。
3. The display device according to claim 1, wherein the optical waveguide is made of an optical fiber having a cladding layer having at least a part having a refractive index equivalent to that of the core layer.
【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。
4. The display device according to claim 1, wherein the light emitting device is a laser or a light emitting diode, and is optically connected to the optical waveguide.
【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。
5. The main light-emitting peak of the light-emitting element has a wavelength of 5
The display element according to claim 4, wherein the thickness is equal to or less than 00 nm.
【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。
6. The display device according to claim 1, wherein the optical waveguide has an optical transmission loss at a wavelength of the light emitting device of at least 5 dB / m.
【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。
7. The optical fiber, wherein the diameter of the optical fiber is 10% or more of (vertical length of display element) / (vertical resolution) or (horizontal length of display element) / (horizontal resolution). The display element according to claim 2 or 3, wherein
【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。
8. The display device according to claim 1, wherein the optical switch comprises a liquid crystal layer driven by applying a voltage.
【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。
9. The display device according to claim 8, wherein the liquid crystal material of the liquid crystal layer is a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2018-09-21 2019-01-01 深圳市速腾聚创科技有限公司 liquid crystal optical waveguide and laser radar

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2018-09-21 2019-01-01 深圳市速腾聚创科技有限公司 liquid crystal optical waveguide and laser radar
CN109116597B (en) * 2018-09-21 2024-01-16 深圳市速腾聚创科技有限公司 Liquid crystal optical waveguide and laser radar

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