JP2004004810A - フォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光効率が増加し、反射板が要らない簡単な構造を有するフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
【解決手段】可視光線の所定波長領域の入射光について反射を行う複数のカラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、複数個のカラーフィルタ２１にそれぞれ対応するよう設けられ、対応するカラーフィルタに入射する光量及びそこから反射される光量を調節して所望の色を出力する複数の光スイッチ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備える。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型ディスプレイ装置に係り、さらに詳しくはフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ＰＤＡのような携帯機器の画面表示装置として周辺光の反射を用いて画像を表示する反射型カラーディスプレイが使用される。
このような反射型カラーディスプレイはバックライトを必要としないため、省エネルギーであり、軽くて薄く構成することができる。このような画面表示装置にはカラーフィルタが使用されるが、鮮明な画面を得るためにカラーフィルタの光反射効率が極めて大事な要素になる。
【０００３】
カラーフィルタは、特定波長の光だけを透過させ、残り波長を吸収することにより色を示す。しかし、入射される光の一部だけを通過させるため、ＬＣＤの光効率を低下させる大きい要因になっている。
図１は従来の反射型ディスプレイ装置の断面図である。図１の反射型ディスプレイ装置は、透過型カラーフィルタ１１、光スイッチ１２、反射板１３を備える。光スイッチ１２は２枚の偏光板１２１、１２３と、偏光板１２１、１２３の間に挟込まれた液晶層１２２とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射型ディスプレイ装置において、透過型カラーフィルタ１１を通して入射された光は光スイッチ１２により光量が調節され、反射板１３により反射され再びカラーフィルタ１１を通して出力される。
このような反射型ディスプレイ装置では、入射時と反射時の二回に渡り光がカラーフィルタ１１を通過するようになって光効率が低下する問題点がある。
また、低い輝度と小さいコントラストを有し、色相と明度が明確でない問題点もある。
【０００５】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は光効率が高く簡単な構造を有するフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するためのフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置は、可視光線の所定波長領域の入射光について反射を行う複数のカラーフィルタ、及び前記複数個のカラーフィルタのそれぞれに対応するよう設けられ、対応するカラーフィルタから入射する光量及びカラーフィルタから反射される光量を調節する複数の光スイッチを備える。
前記複数の反射型カラーフィルタは赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の波長の光だけをそれぞれ透過できるバンドギャップを有するフォトニッククリスタルを用いることが望ましい。
【０００７】
また、前記反射型カラーフィルタとしては、コロイド（ｃｏｌｌｏｉｄ）を用いて製作されたフォトニッククリスタルが用いられる。
そして、前記光スイッチとしてはＬＣ（Ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ）スイッチが用いられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施例を詳述する。
図２は本発明に係るフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置の断面図である。
同図に示した通り、反射型ディスプレイ装置は反射型カラーフィルタ２１及び光スイッチ２２を含む。光スイッチ２２は、前記反射型カラーフィルタ２１から反射して出てくる光の強度または周波数を調節する。
【０００９】
光スイッチ２２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの光量を調節して所望の色を作り出す光スイッチ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂよりなる。光スイッチ２２には、例えばＬＣ（液晶）が使用されうる。しかし、光スイッチ２２は本分野において公知技術なので、本明細書の図面と詳細な説明では省略する。
三つの反射型カラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれの光スイッチ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂに対向して設けられている。カラーフィルタ２１は、誘電物質を周期的に配列してなるフォトニッククリスタルを用いて形成する。フォトニッククリスタルは、周期的な屈折率の変化を２次元または３次元に与える方法で作られる。それぞれの反射型カラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、Ｒ、Ｇ、Ｂ色相によってそれぞれ違うフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を有するフォトニッククリスタルを用いて製作される。そのため、各反射型カラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、必要な波長の光だけ反射させ、別の波長の光は透過させる。フォトニッククリスタルを作る時、屈折率と周期的な構造の形態、周期などによってフォトニックバンドギャップのギャップサイズや位置が違ってくる。例えば２次元の場合、円筒を周期的に配列したり、ホールを周期的に配列してフォトニッククリスタルを作る。例えばホログラムリソグラフィを用いたり、数百ｎｍ直径の小球のセルフアセンブリ法（ｓｅｌｆ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）でフォトニッククリスタルを製作することができる。
【００１０】
図３は本発明に係るカラーフィルタ２１の例を示す図である。それぞれのカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、違うサイズのコロイドを用いた逆オパール（ｉｎｖｅｒｓｅ　ｏｐａｌ）構造の３次元フォトニッククリスタルを用いている。一つの球粒子の大きさは数百ｎｍであり、フォトニッククリスタルがバンドギャップを有するよう少なくとも１０回程反復的に配列される。違うサイズのコロイドが互いに配列される時、球粒子の大きさと集中度によって多様な結晶構造を形成することができる。図３に示した通り、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂのうち、最長の波長の光を反射させるＲカラーフィルタ２１Ｒの球粒子のサイズが最大に形成されている。
【００１１】
カラーフィルタ２１にフォトニッククリスタルを用いれば、９０％以上の光の反射率が得られるため、透過形に比べて高効率でありコントラスト比も向上させうる。また、３次元フォトニッククリスタルは全ての入射方向についてバンドギャップを有しうるので視野角を大きくすることができる。
次いで、図２に基づき光の進み方向を説明する。
図２において白色光が光スイッチ２２を通過した後に反射型カラーフィルタ２１に入射すれば、それぞれのカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢからＲＧＢのそれぞれに該当する波長帯域が選択的に反射され、該当光スイッチ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを通して出力される。このように反射されて出てくる光は光スイッチ２２により光量が調節され、ＲＧＢピクセルの混合程度によってカラーが具現される。
【００１２】
すなわち、本発明においては、反射型ディスプレイ装置に入射し反射される光の経路において、カラーフィルタ２１により光が選択されるのは一度だけである。そのため、カラーフィルタにより光が２回選択される従来の反射型ディスプレイ装置に比し、高い光効率が得られる。また、光効率の向上により、輝度及びコントラスト比が向上し、明確な色相と明度とをディスプレイ上で表現することができる。
以上では本発明の望ましい実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変更は請求の範囲の記載内にある。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば従来とは違って、カラーフィルタにより光が反射されるのは一回なので、反射板が要らない簡単な構造を有するフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置において光効率を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の反射型ディスプレイ装置の断面図。
【図２】本発明に係るフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置の断面図。
【図３】図２のディスプレイ装置においてサイズが違うコロイドを用いた逆オパール構造の３次元フォトニッククリスタルを用いるカラーフィルタの断面図。
【符号の説明】
２１：　反射型カラーフィルタ
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ：　Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ
２２：　光スイッチ

Claims (9)

  1. 複数の所定波長領域にそれぞれ対応し、前記波長領域の可視光線をそれぞれ選択的に反射する複数のカラーフィルタと、
    前記複数個のカラーフィルタにそれぞれ対応するよう設けられ、対応するカラーフィルタに入射する光量及び対応するカラーフィルターから反射される光量を調節する複数の光スイッチと、
    を備える、フォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  2. 前記複数の反射型カラーフィルタは３種の反射型カラーフィルタを含み、それぞれは赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）の波長域の光に対応している、請求項１に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  3. 前記複数の光スイッチは３種の光スイッチを含み、それぞれは赤、緑、青の波長域の光に対応している、請求項１に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  4. 前記複数の反射型カラーフィルタのそれぞれは、誘電体の周期的な配列を有するフォトニッククリスタルを用いて形成されている、請求項１に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  5. 前記複数の反射型カラーフィルタを形成するフォトニッククリスタルは、多様な大きさのコロイドを有する逆オパール構造の３次元フォトニッククリスタルである、請求項４に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  6. 前記コロイドは数百ｎｍの直径を有する球形状であり、十分なフォトニックバンドギャップを形成するために少くとも１０回以上反復的に配列されている、請求項５に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  7. 前記複数の反射型カラーフィルタは３種の反射型カラーフィルタを含み、それぞれは赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）、青（ｂｌｕｅ）の波長域の光に対応しており、
    赤の波長域に対応する反射型カラーフィルタを形成するコロイドは、緑及び青よりも長い波長の光を反射するために、緑及び青の波長域に対応する反射型カラーフィルタを形成するコロイドに比して大きく調整されている、請求項５に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  8. 前記複数の反射型カラーフィルタのそれぞれは、赤、緑、青からなるカラーグループのうち選択された任意のカラーに対応する波長の光を反射するフォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルを備えている、請求項１に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
  9. 前記光スイッチとしてＬＣ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）スイッチを用いている、請求項１に記載のフォトニッククリスタルを用いた反射型ディスプレイ装置。
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