JP2004020881A - Light radiating mechanism using fluorescent body moving along guide means, display device using same, and light source unit - Google Patents

Light radiating mechanism using fluorescent body moving along guide means, display device using same, and light source unit Download PDF

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岩崎 達哉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light radiating mechanism of simple constitution which changes an optical path by using a fluorescent body moving along a guide means, a light display device which uses the same, and a light source unit. <P>SOLUTION: The light radiating mechanism has the fluorescent body 104 which is excited with incident light 105 to radiate light and changes its propagation direction, the guide means 103 which guides the fluorescent body 104, and a driving means 102 which moves the fluorescent body 104 in the extension direction of the guide means 103. The phosphor 104 and guide means 103 are so constituted that the light is directed to a nearly fixed direction to the extension direction at respective positions of the fluorescent body 104 in the guide means 103. In this constitution, the fluorescent body 104 is moved merely in parallel along the guide means 103 and the light emitted by the fluorescent body is only scanned, so the light radiating mechanism can flexibly be constituted with simple constitution. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガイド手段に沿って移動する蛍光体を用いて光路を変更する光放射機構、それを利用した表示装置および光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の発光素子を用いた表示装置としては、一画素に一つの発光素子を対応させて2次元状に配列して配置し、それぞれの発光素子を制御することで、画像を表示するLEDディスプレイやELディスプレイがある。例えば、発光素子としてLEDを用い、3原色である赤色(レッド(以下R))、緑色(グリーン(以下G))、青色(ブルー(以下B))の発光素子をマトリックス状に配列したLEDディスプレイの例が、特開平7−306659号公報に開示されている。
【0003】
一方で、一つの(もしくはR,G,B3つの)レーザを2次元走査して画像を表示するレーザディスプレイが知られている。レーザディスプレイとしては、例えば、特開2000−197069号公報に記載されている様に、3原色であるR,G,Bのレーザビームをそれぞれレーザ発振器により発振し、これら出力されたレーザビームをスクリーンの同一のポイントに投射し、これを高速に2次元走査することでスクリーン上にカラー画像等を表示する投影表示装置がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画素ごとに発光素子を2次元的に配する表示装置は、発光素子の数が多いことから消費電力が大きくなることや、発光素子のばらつきに伴い画像の質が悪くなること等の課題がある。さらには、マトリックス状の電気配線を配置する必要や、画素ごとにTFTトランジスタを配する必要が生じ、表示部における構成が複雑になる。
【0005】
また、特にLEDディスプレイは、発光効率が高いことや寿命の点で好ましいが、同一基板上に異なる色を発光する素子を作製することが困難なことから、高精細の表示が難しく、比較的大型の表示装置への適用に限られている。これに対して、最近注目を集めている有機ELディスプレイは小型装置への適用が可能であるが、寿命が短いことなどで、開発段階である。
【0006】
一方、1から3程度の少数の発光素子を2次元走査しで画像を表示するレーザディスプレイにおいては、一つの発光素子からの発光量には制限があるため、周りが明るくスクリーンに外光が入射するような状況では、画像が暗く、視認性が低いという問題があった。また、レーザ走査の光学系を設置するために奥行き方向の容積が必要となり、薄型の表示装置は困難である。さらに、レーザを2次元の高速に走査するために、高速に揺動するミラーなどが必要となることや、振動に弱いことなどの課題がある。
【0007】
さらに、上記した従来装置と異なり画素行ごとにLEDを一列に配列した表示装置として、特開2000−111827号公報に図14に示す様なヘッドマウントディスプレイが報告されているが、ミラー3を動かすのに複雑な機械構成を有しており、現実的でない。
【0008】
上記の課題に鑑み、本発明の目的は、ガイド手段に沿って移動する蛍光体を用いた光放射機構、それを利用した装置、すなわち、明るい画像を表示でき、表示部の構造が比較的単純で容易に作製でき、薄型構造にも容易にできる表示装置、および光源装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する光放射機構は、入射光により励起されて光を発する蛍光体と、蛍光体を案内するガイド手段と、蛍光体を該ガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有し、ガイド手段における蛍光体の各位置において該伸長方向に対してほぼ一定の方向から入射光が照射される様に、蛍光体とガイド手段が構成されていることを特徴とする。この構成では、蛍光体をガイドに沿って単に並行移動させて、蛍光体の発光位置をスキャンするのみなので、簡単な構成で柔軟に光放射機構を構成できる。
【0010】
上記基本構成に基づいて、以下の如きより具体的な態様が可能である。
複数の蛍光体が設けられ、各蛍光体に対して、1つのガイド手段が備えられ、複数のガイド手段は互いに平行に伸びて図1に示す如く構成されたり、入射光が、図7などに示す如くガイド手段の伸長方向に沿って進行ないし導波する様に構成されたり複数の蛍光体は図1に示す如く所定の相対関係を保って夫々のガイド手段に沿って移動する様に構成されたりする。
【0011】
また、図7(c)に示す様に、入射光により励起される蛍光体と、蛍光体を案内するガイド手段と、入射光で励起されて光を発する発光位置と入射光で励起されない退避位置との間で蛍光体をガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有する構成も採り得る。この場合、複数の蛍光体が設けられ、各蛍光体に対して1つのガイド手段が備えられ、複数のガイド手段が、入射光の伝播方向に沿って、伝播方向と非平行に伸びて互いに平行に配列されている図7(c)に示す様な構成としたり、複数のガイド手段が2次元的に配列されている構成としたりできる。
【0012】
また、後記の実施の形態や実施例で説明する如く、蛍光体は、ガイド手段により運動方向を一方向に制限され、透明媒体内を運動したり、蛍光体の運動は、ガイド手段内の流体である透明媒体の流れにより制御されたり、蛍光体は磁性材料を有して成り、蛍光体に作用する磁場を制御することで蛍光体の運動を制御したり、透明媒体の屈折率がガイド手段の屈折率より大きい構成として有効な光導波路を形成したりできる。さらに、ガイド手段を屈曲可能なものとして構成したり、ガイド手段及び透明媒体を、可視光に対して透明な材料で構成したりできる。
【0013】
また、蛍光体と共に、入射光を散乱してその伝播方向を変える散乱体が設けられ、散乱体に対しても1つのガイド手段が備えられ、蛍光体と散乱体との複数のガイド手段は互いに平行に伸びている様にもできる。或いは、蛍光体と共に、入射光を散乱してその伝播方向を変える散乱体が設けられ、散乱体に対してもガイド手段が備えられ、入射光を散乱できる散乱位置と入射光を散乱できない退避位置との間で散乱体をガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有する様にもできる。この散乱体に対しても、蛍光体に対する上記の態様のガイド手段等を設けることができる。こうした光放射機構を用いた表示装置において、例えば、入射光として青を用い、青の画素ではミラーなどの散乱体による散乱を用い、緑、赤の画素では青の入射光で緑、赤の蛍光体を励起、蛍光せしめるという様な態様があり得る。
【0014】
また、上記目的を達成する表示装置は、上記の光放射機構とレーザダイオードなどの発光素子を有し、発光素子からの伝播光がガイド手段における蛍光体または散乱体の各位置において伸長方向に対してほぼ一定の方向から照射される様に、蛍光体または散乱体とガイド手段が構成され、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする。或いは、上記の光放射機構と発光素子を有し、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする。
【0015】
こうした表示装置では、例えば、単一種の複数の発光素子を使う場合でも、異なる種類の蛍光体を使うことで、種々の色を用いたカラー表示ができる。この場合、単一種の光源なので駆動回路が容易であり、蛍光体で色設計できるので光源で色を設定する必要がない。レーザやLEDなどの光源の種類はあまり多いとはいえないが、蛍光体は非常に多くの種類が開発されているので色設計の幅が広がる。さらに、レーザからの反射光でなく蛍光体からの蛍光(これはスペクトルの波長帯域が比較的広い)を用いた表示を主に使うため、視認性が良い。
【0016】
以下の如き態様も可能である。発光素子から発せられる光量を変調する変調手段と、蛍光体または散乱体のガイド手段における位置を検出する検出手段を更に有し、蛍光体または散乱体のガイド手段における位置、及び表示情報信号に基づいて変調手段が制御されて、前記蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されたり(図7(a)、(b)参照)、発光素子から発せられる光量を変調する変調手段を更に有し、蛍光体または散乱体のガイド手段における位置、及び表示情報信号に基づいて変調手段が制御されて、前記蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されたりする(図7(c)参照)。
【0017】
表示装置でも、ガイド手段を屈曲可能なものとして構成して、表示エリアが屈曲可能である構成としたり、ガイド手段及び透明媒体を可視光に対して透明な材料で構成して、表示エリアが外光に対して透明であるシースルーディスプレイとしたりできる。また、図8に示す様に、2次元配列した複数の発光素子と、発光素子から発せられた2次元配列した光線束により励起されて光を発する複数の蛍光体または光線束を散乱する散乱体と、複数の発光素子から発せられる光量を変調する変調手段と、光線束の配列方向面と垂直方向に蛍光体または散乱体を動かす駆動手段を有して立体表示装置として構成することもできる。
【0018】
さらに、図9に示す様に、複数の発光素子と該複数の発光素子を変調する変調手段を有する制御ユニットと、複数の発光素子からの光を伝播する光ガイドケーブルと、制御ユニットから光ガイドケーブルを伝播してきた複数の光線束を用いて画像を形成する表示ユニットを有し、表示ユニットが、光ガイドケーブルを伝播してきた光線束を配列して表示面内方向に伝播する透明媒体と光線束により励起されて光を発する蛍光体または光線束を散乱する散乱体とを有してなる構成にもできる。
【0019】
また、上記目的を達成する光源装置は、上記の光放射機構とレーザダイオードなどの発光素子を有し、発光素子からの伝播光がガイド手段における蛍光体または散乱体の各位置において伸長方向に対してほぼ一定の方向から照射される様に、蛍光体または散乱体とガイド手段が構成され、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で照射する様に構成されていることを特徴とする。或いは、上記の光放射機構と発光素子を有し、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で照射する様に構成されていることを特徴とする。
【0020】
光源装置は、画像を表示する必要がないので上記表示装置より単純な構成で済む。光源装置でも、上述した表示装置の種々の形態と基本的に同様な種々の形態を採り得る。
【0021】
【作用】
本発明の光放射機構では、蛍光体をガイドに沿って単に並行移動させて、蛍光位置をスキャンする。本発明の表示装置及び光源装置は、こうした光放射機構を利用している。
【0022】
本発明の表示装置の具体例に沿って本発明の作用を詳しく説明する。ここでは蛍光体のみで説明するが、散乱体が含まれる場合も実質的に同じである。表示装置では、例えば、複数の発光素子から発せられた複数の光線束を、一列に配列して伝播させ、それぞれの光線束に対応して配置された蛍光体を励起、発光させて光を観察者の方向(表示方向)に放射させる。さらに、それぞれの蛍光体を光線束の配列方向と非平行方向(例えば垂直方向)に高速で動かすと共に、それぞれの発光素子を変調することで、画像を表示する。高速に動く蛍光体から発せられる光を見ることで、観察者には、残像の影響で2次元の画像として認識される。
【0023】
本発明の表示装置は、用いる発光素子の数が画面の画素行数(もしくは画素列数)であるので、従来のLED表示装置をはじめとする画素ごとに発光素子を配する表示装置よりも発光素子の数が少ない。これにより、消費電力を小さくでき、発光素子のばらつきに伴う画質低下に対処しやすい。さらには、マトリックス電気配線や、画素ごとのTFTトランジスタなどが必要なく、表示部の構造が単純である。構成が単純であるので、低コストで作製できる。
【0024】
一方で、前述の1から3個程度の発光素子(レーザ)を2次元走査するレーザディスプレイに比べると、用いる発光素子の数が多いため、十分に明るい画像表示をできる。また、1つの発光素子の出力する光量を小さくできるから、発光素子及び駆動回路の負担が軽減する。さらに、走査光学系が薄型で非常に小さくできる、振動に強いなどの利点がある。
【0025】
また、図14に示すようなヘッドマウントディスプレイに比べても、本発明の表示装置は、光学系が薄型で非常に小さくできる、振動に強いなどの利点がある。さらには、本発明の表示装置においては、特に、各発光素子に対してそれぞれ蛍光体を配置することで、蛍光体の高速運動を容易かつ確実なものとできる。特に、微小な(軽い)球状の蛍光体を用いることで、単純な構成で有効な高速動作が可能となる。
【0026】
また、本発明の表示装置の表示部は、微小な蛍光体が高速運動するだけである。蛍光体を高速運動させる手段を表示部の外の設けることができれば、表示部は電気的な配線を必要としない。この構成は、開口率の向上の面においても(通常、電気配線やトランジスタの面積により表示部における発光部の面積は制限を受ける)、構造上の簡易性の面でも大きな利点を有する。
【0027】
本発明の光源装置では、発光素子の変調手段が不必要であったりするが、上記の表示装置と類似した作用、利点を有する。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の光放射機構を含む装置の実施形態について、以下に詳しく説明する。
【0029】
図1は本発明の表示装置の一例を説明する模式的斜視図である。図1において、101は発光素子、102は透明媒体、103はガイド手段である支持ガイド、104は蛍光体、105は発光素子101からの光線束である。発光素子101は、それぞれ画面(支持ガイド103の上面で構成される)の画素行(もしくは画素列)に対応して複数個、配置される。例えば、図1のように表示面ないし画面の端部に、列状に(図1のx方向)配列して配置される。すなわち、m×nの画面においてはm個(もしくはn個)の発光素子101を配する(m,nは、共に正の整数)。
【0030】
発光素子から発せられた複数の光線束105は、透明媒体102および支持ガイド103で構成される伝播路に沿って一列に平行的に配列されてy方向に伝播し、それぞれの光線束105に対応して配置された蛍光体104を励起、発光させて観察者の方向(z方向)に光を放射させる。
【0031】
蛍光体104はそれぞれの光線束105に対応して配され、支持ガイド103に沿って透明媒体102の中を図1のy方向に高速で移動(運動)する。蛍光体104は、例えば、フレーム周波数で周期運動させられる。これに伴い、光線束105は蛍光体104の運動する範囲の様々なy位置で蛍光体に照射される。こうした構成において、第Px行の蛍光体104の運動中のyの位置Pyに対応して、第Px行に伝播光線束105を出力する発光素子101を変調することで、(Px,Py)位置で照射される光量を設定して表示が行なわれる。例えば、各蛍光体104のy位置Pyをn個の位置を分け、それぞれの位置に応じて各発光素子101の強度を変調することでm×nの画像とすることができる。すなわち、各蛍光体104の並行運動で蛍光体104の励起・発光位置を高速にスキャンし、蛍光体の運動に応じて、画像情報データを基にそれぞれの発光素子101を変調する。これにより、観察者には、残像の影響で2次元の画像として認識される。こうして、蛍光体104の運動を用いることで、x方向に一列に並んだ光線束105から2次元画像が形成される。
【0032】
次に各部位について詳しく説明する。
先ず、表示パネルの構成を説明する。蛍光体104の励起用に用いる発光素子101には、蛍光体104を励起可能な光を発するものであればどの様な発光素子でも用いられる。可視光を発する蛍光体104を用いる際には、紫外線や青色などを発する発光素子が好ましく、レーザダイオード(LD)、LED、有機LED、プラズマを用いた紫外線源などを適用できる。蛍光体104の種類や表示装置の構成にもよるが、たとえばInGaN系の紫外や青色のLDやLEDを用いることができる。その中でも、発光効率が高く指向性の高いLDが好ましい。励起光としては、蛍光よりも短波長(エネルギーが大きい)光を用いることが一般的である。ただし、多光子吸収により、蛍光よりも長波長の光を励起光として用いることもできる。
また、必要であれば表示パネル上に各部に応じたフィルタを貼り付けて表示光の色の調整をすることもできる。
【0033】
蛍光体104は、光伝播路をy方向に伝播する光線束105により励起され、発光する。球形状、楕円球形状、円錐台形状などの蛍光体104を用いることができるが、特に、高速で動かす際に動かし易いことから球形状の蛍光体104を用いるのが好ましい。球形状蛍光体は、生産性に優れること、形状に方向性がなく設置が容易であることなどの点でも有利である。球状の蛍光体の例としては、蛍光粒子ないし材料201を固めた蛍光球(図2(a))や、蛍光粒子ないし材料201で任意の材料(ガラス、樹脂など202、磁性材料203など)をコートした球(図2(b)、(c))があげられる。樹脂に蛍光粒子201をコートした球を用いると蛍光体104が軽くなり、蛍光体104を高速に動かし易くなる点で好ましい。他にも、図2(d)に示すような透明樹脂のカプセル204中に蛍光材料201を封入した蛍光体カプセルが用いられ得る。この様な蛍光材料コートやカプセル形態などは、球形状以外の他の形状の蛍光体104にも適用しうる。
【0034】
ここで、蛍光材料は、可視域に発光を示す材料であれば何でも良く、蛍光特性を持つ色素、顔料、染料、ブラウン管やプラズマディスプレイ(PDP)で用いられる蛍光材料、半導体材料、有機発光材料などを使用できる。色素としては、ローダミン、クマリンなどの色素が挙げられる。他にも、有機発光材料であるアルミニウム錯体(Alq)や、高分子発光材料であるポリパラフェニレンビニレン(PPV)などを用いてもよい。
【0035】
また、無機の蛍光材料としては、一般的なZnS:Mn、ZnS:Ag、ZnS:Cu、Alなどの蛍光材料が挙げられる。他にも、CRT用の蛍光材料である赤色のZn(PO:Mn2+、(Zn,Cd)S:Ag、YVO:Eu3+、Y:Eu3+、YS:Eu3+、緑色のYAl12:Tb3+、青色のZnS:Agや(La,Y)OBr:Ce3+、(La,Gd)OBr:Ce3+などを用いることができる。また、10〜100Vの低電圧電子線励起の発光表示板に用いられるZnO:Zn、SnO:Eu3+、Y:Eu3++Inなども挙げられる。さらには、PDPで用いられるBaMgAl1423:Eu、ZnSiO:Mn、(Y,Gd)Bo:Euなどを用いてもよい。
【0036】
蛍光材料に適用可能な半導体としては、直接遷移半導体が望ましく、ZnO、ZnS、CdSなどのII−VI族化合物半導体、AlAs、GaPなどのIIIb−V族化合物半導体、あるいはGaN、AlNなどのIII−V族化合物半導体、あるいはMgS、MnSなどのカルコゲナイド化合物、もしくはこれらの混晶が挙げられる。さらに、ペンタセン、テトラセンなどの有機半導体を用いることもできる。
【0037】
また、磁力を用いて蛍光体104を動かす場合には磁性材料を混合したり、図2(c)のように磁性体203に蛍光材料201をコートしたものを用いることができる。例えば、鋼球をコアとして、蛍光材料で覆うことが挙げられる。他にも、ネオジウム磁石、サマリウム磁石、アル二コ磁石、フェライトなどの材料を適用してもよい。勿論、ガラス球や樹脂球にニッケルなどの磁性体をコートし、その上を更に蛍光材料でコートしたものを用いてもよい。また、蛍光体表面への傷を低減するためや、摩擦を低減するために、蛍光体104に適宜表面コートを施してもよい。
【0038】
支持ガイド103は、蛍光体104の運動方向を制限する。このことで、蛍光体104の動きを精度良く制御でき、好ましい。支持ガイド103としては、透明なガラスや樹脂材料を用いられる。特に、支持ガイド103を樹脂シートやチューブなどの屈曲可能なもので構成することで、表示部が屈曲可能な表示装置(フレキシブル表示装置)とできる。
【0039】
図1は、支持ガイド103により各蛍光体104がy方向のみに動くようにした例を示す。支持ガイド103の構造としては、図3に図1のx−z断面を示すように、矩形溝(図3(a),(b))、V溝(図3(c))、円溝(図3(d))、円筒(図3(e))などを用いることができる。円筒、すなわちチューブは、キャピラリなどを適用でき、球状蛍光体との適用性が良く、好ましい。支持ガイド103の端部には、蛍光体104の運動を停止させるためのストッパーや反動吸収材、蛍光体104を反発するためのばね材などを配してもよい。
【0040】
支持ガイド103の第1の役割は、蛍光体104の移動をガイドする働きであり、蛍光体104の移動を制御良く行えるように表面が滑らかなものを用いるのが好ましい。さらに、支持ガイド103には、光線束105をガイドする役割、すなわち、それ自身に光を伝播させたり、光の伝播をガイドする役割を併せもたせることもできる。すなわち、透明媒体102と支持ガイド103に、光導波路の機能を持たせてもよい。この際、支持ガイドと透明媒体の界面で光散乱が生じにくいように、支持ガイド130には表面が滑らかな材料を用いるのが好ましい。
【0041】
また、界面散乱が生じにくいように、支持ガイド103と透明媒体102との屈折率差が小さいことが好ましい。このことは、外光の反射を抑制でき、画像の視認性に優れた表示装置とすることができる。すなわち、シースルーディスプレイとして用いる場合に、透明性が高まり、特に好ましい。
【0042】
透明媒体102には、真空や空気、乾燥空気、不活性ガス、シリコーンオイルや水やグリセリンなどの透明液体などを用いられる。透明媒体102に真空やエア、ガス、などを用いる場合には屈折率が小さいため、支持ガイド103も屈折率の小さい材料で構成するのが望ましい。例えば、フッ素樹脂を用いる。透明媒体102に透明液体であるシリコーンオイルなどを用いる場合には、支持ガイド102にこの透明液体と屈折率の近い材料を用いることで、視認性に優れた表示装置とできる。
【0043】
さらに、支持ガイド103の屈折率を透明媒体102の屈折率よりも若干小さく設定することで、透明媒体がコア、支持ガイドがクラッドとなった光導波路を形成できる。これにより、発光素子101からの光を透明媒体102に沿って有効に伝播させられ、蛍光体104に効果的に光を導かれて、より好ましい。個々の光線束105のガイドが不十分で、互いの光線束105の間での光の行き来による画質劣化が生じる恐れがある場合には、各光伝播路の間(各ガイドの間)に黒色のストライプなどを配してもよい。
【0044】
これらの要素は表示装置の構成要素であり、上述の構成は、任意の基板上に配してもよいし、適宜、外容器の中に配してもよい。
【0045】
次に蛍光体104の運動について説明する。この説明は散乱体でも同じである。
蛍光体104は、複数の光線束105の配列方向に対して非平行方向に運動させる。図1はx方向に配列した光線束105に対して、y方向に蛍光体104を運動させた例である。例えば、蛍光体104を10Hzで往復運動させれば、行き来を用いることで20Hzのフレーム周波数の画像を表示できる。蛍光体104は、なるべく等速運動するのが好ましいが、加速度を有しても、その位置および速度を制御できていれば、それに応じて発光素子101を変調することで所望の画像を形成できる。
【0046】
蛍光体104の駆動手段としては、任意のアクチュエータ手段を適用できる。例えば、ガスや液体などの流れを用いて蛍光体104を動かす手法や、磁性材料を有した蛍光体104を用いてこれを遠隔から磁力で動かす手法、ガイド手段103に沿って設けた超音波モータを用いて蠕動運動的に蛍光体104を動かす手法、ガイド手段103に沿って設けた圧電性素子を用いて同じく蠕動運動的に蛍光体104を動かす手法などが挙げられる。
【0047】
図4(a)に示すものは、表示部の裏側に配した磁石403で磁性蛍光体401を遠隔動作させる例である。ここでは、磁石403をリニアモータ402上に設置し、リニアモータ402を駆動回路で制御して、磁石403に所望の動作をさせる。そして、磁石403から発せられる磁力により、蛍光体401を磁石403に追随して動かすのである。
【0048】
また、図4(b)に示すように表示部の裏側に磁場生成用の複数の電極404(コイル)を配し、これらの電極404に図4(c)に示すような適当なタイミングで電流を流してこの電流が作り出す磁場がスキャンされる様にしても、磁性蛍光体401を動かすことができる。
【0049】
図5は、流体である透明媒体の流れを用いて蛍光体104を動かす例である。液体や気体の流れをガイド手段の両端部にある電磁弁501A、501Bで制御し、流れが往復運動するように制御することで、蛍光体104を動かせる。図5(a)のように両端部にある電磁弁501A、501Bに対してそれぞれ高圧部503、低圧部502を設け、それぞれへの接続を図5(b)に示す如く逐次切り替えて蛍光体位置を変化させる手法や、図5(c)のようにガイド手段の両端部にそれぞれ1つの圧力制御部504と流体溜まり505を設け、図5(d)に示す如く正圧、負圧を繰り返して作ることで、蛍光体104の吸引、圧押を繰り返して蛍光体の位置を変化させる手法がある。圧力制御部には、ポンプなどの圧力を制御可能な装置等を用いられる。
【0050】
さらに、蛍光体104の位置をセンシングすることで、フィードバックすなわちサーボ制御し、蛍光体の位置をより正確に制御してもよい。具体的には、表示装置の一部に蛍光体位置検出用のセンサを配置し、センサからの位置情報を獲得する。蛍光体可動エリア全面にセンサを配置したり、表示部の一部、例えば端などにセンサを配置したりすればよい。検出方法としては、光学的にセンシングすることが挙げられ、いわゆる反射型(もしくは透過型)光電センサを適用できる。
【0051】
表示装置の蛍光体104を、位置検出センサ用の光源として用いてもよい。例えば、蛍光体104からの発光の一部(−z方向への光)を表示部の裏側に配した受光素子でモニターすることが挙げられる。蛍光体可動エリアの一部、例えば端部に表示には使わないエリアを設け、この場所の近傍に受光素子を設け、蛍光体位置モニターとして用いてもよい。
【0052】
さらには、後述する図7(b)のように複数の光線束を1つの蛍光体に導き、蛍光体によって発光或いは散乱された光線束を位置モニター用の光源に用いることもできる。図7(b)では発光素子101を表示部の左右両方に配置し、両側からの光線束を蛍光体104に導いているが、この場合には、片側からの光線束を表示に用い、もう一方の光線束を位置モニター用に用いる。勿論、表示に用いる発光素子とは別に、蛍光体位置検出用に別の発光素子を用意してもよい。この際、位置モニター用の光源は、赤外光などの不可視光を用いることもできる。不可視光は表示の邪魔にならない点で好ましい。モニター用光源の波長は、特にこだわらないが、長波長の光源(たとえば赤外光源)を用いた方が、消費電力が小さくて済むという利点がある。
【0053】
この位置センシング情報は、後述するように、蛍光体の運動制御に加えて、発光素子の制御に用いることもできる。
【0054】
次に、表示装置の電気的な構成の例(電気回路部)について説明する。
図6は、画像信号(NTSC信号、ビデオ信号など)に応じて表示を行うための電気回路の一例を示す図である。図6において、601は画像表示パネル、602は発光素子駆動回路、603は制御回路、604は画像入力部、605は蛍光体駆動用回路、606は蛍光体位置センサである。
【0055】
画像入力部604は、制御回路603からの制御により、画像データ(ビデオ信号など)を所望の形式で制御回路603に出力する回路である。例えば、画像入力部604では、画像データをフレームメモリにおいて、フレーム単位で記憶すると共に、制御回路604から入力されるアドレス信号に対応して、記憶したフレーム画像の縦一列分の画素データをレジスタに出力する。さらに、レジスタは、縦1列分の画素データを保持し、制御回路604の制御により、この縦1列分の画素データを制御回路604に出力する。
【0056】
発光素子駆動回路602は発光素子101に接続され、制御回路603からの制御の基に、発光素子101の任意の変調ができるようになっている。発光素子101を変調する方式としては、電流変調方式、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧(電流)変調方式を実施するに際しては、入力されるデータに応じて決められた一定の電圧(電流)を発生し、適宜、出力を変調するような回路を用いられる。パルス幅変調方式を実施するに際しては、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いられる。勿論、パルスの波高値を制御してもよいし、電圧とパルス幅の両方を制御する変調方式を用いてもよい。
【0057】
蛍光体駆動回路605は、蛍光体104の運動を制御する回路である。この回路605は、蛍光体104の駆動方法にもよるが、電磁駆動(リニアモータなど)の場合にはコイルの駆動回路、流体による駆動の場合には流体制御用の電磁弁や圧力制御器などの制御を行う回路である。
【0058】
制御回路603は、画像信号に基づいて適切な表示が行なわれる様に各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路603は、発光素子101により1次元的に表示される画素列光が、高速で移動される蛍光体104を励起・発光させることによって、2次元画像に見えるように各部の動作を制御する。また、制御回路603は、画像信号から分離された同期信号や自身が発生するクロック信号に基づいて、各部、すなわち発光素子駆動回路602や蛍光体駆動回路605などに対して、各制御信号を発生する。
【0059】
さらに、制御回路603は、画像入力部604からの画像情報に加え、蛍光体位置センサ606からの蛍光体104の位置Pyと移動速度Vyに基づいて、発光素子駆動回路602に変調信号を出力する。蛍光体104の位置や速度と、発光素子101への変調の関係(画像入力に対して、位置、速度に鑑みて、どのように出力をするか)を、予めテーブルデータとして制御回路603に記憶させておくことが好ましい。すなわち、制御回路603は、このテーブルデータと画像データを基に、発光素子101の駆動条件を設定し、変調する。
【0060】
例えば、蛍光体104が等速運動をする場合には、位置(Px,Py)に対応した画素データを基に、蛍光体104が位置Pyにいるときに、Px行に光線束105を出力する発光素子101が画素情報に対応した光量を出力するように変調すればよい。一方で、蛍光体104が非等速運動をする場合には、速度が速い画素部では表示時間(蛍光体104がその画素で光線束を発光する時間)が短くなることを踏まえ、速度の速いところで光線束の光量を大きくする手法が必要となる。例えば、位置(Px,Py)に対応した画素データにVyに比例した重みを乗算した値を発光素子駆動回路602に出力し、これによりPx行に光線束105を出力する発光素子101を変調する。
【0061】
さらに、制御回路603は、位置検出センサ606から入力される蛍光体位置検出信号に基づいて、発光素子駆動回路602および蛍光体駆動回路605を制御してもよい。先にも述べたように、蛍光体位置検出信号を蛍光体駆動にフィードバックすることで、蛍光体104の運動の制御性を向上させられる。また、蛍光体位置検出信号を、発光素子101の駆動、すなわち画像表示情報の出力にフィードバックできる。すなわち、蛍光体の位置検出センサ606による検出位置の情報を基に、蛍光体104がPyの位置にいるときに、位置(Px,Py)に対応した画像情報光が、より正確なタイミングでPx行の光線束105を出力する発光素子101から出力されるように制御できる。蛍光体104の速度が一定でない場合は、先に述べたように、位置Pyと速度Vyをタイミングテーブルとして制御回路603に記憶させておき、これに鑑みて発光素子101の駆動条件を設定するようにしてもよい。すなわち、制御回路603は、位置検出センサ606から入力される信号と記憶しているテーブルデータに鑑み、画像情報を適切な形にして発光素子101を駆動、制御する様にできる。
【0062】
この様にして、本実施の形態によれば、複数の発光素子101からの1次元的に配列した光線束105を、支持ガイド103に沿って高速(例えばフレーム周波数である30Hzなど)で往復移動する蛍光体104に照射することで、観察者の視点に対して、残像の影響を利用した2次元画像を表示することが可能となる。
【0063】
次に、図7から図9を用いて本実施の形態の表示装置のバリエーションを示す。
図7(a)は、図1の表示装置のz−y断面を示したものである。先に述べたように、x方向に配列してy方向に伝播する光線束105が、±y方向に運動する蛍光体104によって、表示方向(z方向)に表示を行う例である。
【0064】
図7(a)においては、1つの発光素子101に対して、1つの蛍光体104を配した例であるが、1つの発光素子に対して複数の蛍光体を用いてもよいし、複数の発光素子に対して1つに蛍光体を配してもよい。
【0065】
後者を説明すれば、図7(b)に示すように、1つの蛍光体104に対して2つの発光素子101、101bの2方向から光線束105を照射する例が挙げられる。すなわち、図7(b)のように支持ガイド103の両端に発光素子101、101bを配置し、両側からの光線束105を1つの蛍光体104に照射してもよい。この場合は、1つの蛍光体104、すなわち1つの画素位置で2つの発光素子からの光を照射できるので、より明るい表示装置とできる。
【0066】
図7(b)においては、蛍光体104を楕円球形状のものとした。勿論、球形状をはじめとする他の形状であってもよい。
【0067】
さらに、図7(a)の構成においては蛍光体104を表示面内方向すなわちy方向に動かしたが、図7(c)に示す例は、蛍光体104は表示面に対して垂直方向(z方向)に動かす表示装置である。この構成では、蛍光体104は画素毎に1つずつ配置され、蛍光体104はz方向に上下に動かされる。上の位置は光線束105の光路で蛍光体104を照射する位置であり、下の位置は光線束105の光路から退避した位置である。図7(c)において、蛍光体104が上の位置にあるON画素を、y方向に順番にシフトしていくことで、各x位置の光線束105が蛍光体104を励起するy位置がy方向にスキャンされ、任意のx、y位置の画素情報を表示できる。図7(c)においては、蛍光体104を円錐台形状のものとしたが、球形状をはじめとする他の形状であってもよい。
【0068】
図7(c)に示す例でも、蛍光体104の駆動手段としては、任意のアクチュエータ手段を適用でき、ガスや液体などの流れを用いて蛍光体104を動かす手法や、蛍光体104に磁性体を用いてこれを遠隔から磁力で動かす手法、超音波モータや圧電性素子を用いて蛍光体104を動かす手法などを使用できる。図7(c)に示す表示装置の電気回路部も、基本的に、図6に示すものを使用できる。ただし、どの蛍光体104が光路で照射される位置にあるかは制御回路603で判っているので、蛍光体位置センサ606は必要ない。
【0069】
ところで、図1の構成においては、発光素子101は、表示部の端部に配したが、図9に示すように、発光素子101と発光素子駆動回路、蛍光体駆動回路などを配する制御ユニット902と、蛍光体104が配される表示ユニット901とは別に配置し、複数の光ガイドから形成される光ガイドケーブル903を用いてそれぞれの発光素子101からの光線束をそれぞれ表示ユニット901に導く構成も可能である。図9の構成では、蛍光体104を駆動する流体を表示ユニット901側に繋げる流体駆動ライン904も、制御ユニット902と表示ユニット901の間に設けられている。このような構成の表示ユニット901では、微小な蛍光体104が支持ガイドに沿って高速運動するだけであり、表示ユニット901には電気的な配線を必要としないという特徴がある。
【0070】
また、上述の実施形態の表示装置は、透明材料と微小な蛍光体104だけで画面部分を構成できるので、表示部を透明なものとできる。すなわち、シースルーディスプレイが実現できる。支持ガイド103を屈曲可能なもので構成することで、表示部が屈曲性を有した表示装置、すなわちフレキシブルディスプレイとすることもできる。
【0071】
さらには、上述の透明な表示部を複数枚重ねて配置することで、立体ディスプレイとできる。例えば、図8のように複数枚重ねて、立体表示を行える。この際、発光素子101はx−z面に2次元配列し、発光素子101から発せられた2次元配列した光線束105はy方向に伝播して各蛍光体104を励起し、z方向に表示することになる。蛍光体104によりPx、Py、Pzの位置で励起される光の量を設定できるので、立体的な表示が可能となる。
【0072】
上記表示装置は、テレビジョン放送の表示機器、コンピュータや携帯電話などのディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等様々な表示装置として用いられる。
【0073】
次に本発明の光放射機構を光源装置に適用した実施形態について説明する。
図7等の図面は本発明の面状光源の幾つかの例を説明する模式断面図でもある。図7等の図面で見えている部分は、表示装置と光源装置とで同じである。図7において、101(101b)は発光素子、102は透明媒体、103は支持ガイド、104は蛍光体、105は光線束である。光源の構成は、前述の表示装置に準じており、複数の発光素子101から発せられた複数の光線束105は、透明媒体102および支持ガイド103で構成される伝播路に沿って一列に配列してy方向に伝播し、それぞれの光線束105に対応して配置された蛍光体104によってz方向に光が発せられる。これにより、一列に配列した発光素子101からの光が走査されて、面状の光源とできる。光源では、発光素子は変調される必要はなく、図6の画像入力部604と蛍光体位置センサ606は省略でき、制御回路603も表示装置のそれより遥かに簡単なものでよい。
【0074】
図7(a)、(b)の光源では、発光素子101と、発光素子101から発せられた光線束105で励起されて光を発する複数の蛍光体104と、蛍光体104を案内するガイド手段である支持ガイド103と、蛍光体104を支持ガイド103の伸長方向(ここではy方向)に沿って動かす駆動手段(図6の蛍光体駆動回路605)を有し、各蛍光体とガイド手段は、光線束105がガイド手段103における蛍光体104の各位置において蛍光体を励起して伸長方向(ここではy方向)に対してほぼ一定の方向に光を発する様に構成され、複数の蛍光体104で発せられた光で被照射体を照射する様になっている。
【0075】
図7(a)は、1つの蛍光体104に対して1つの発光素子104を支持ガイド103の端部に配した例であり、図7(b)は、1つの蛍光体104に対して2つの発光素子101、101bを支持ガイド103の両端部に配した例である。
【0076】
図7(c)は、発光素子101と、発光素子101から発せられた光線束105で励起されて光を発する複数の蛍光体104と、各蛍光体104を案内するガイド手段である支持ガイド103と、光線束105で励起されて光を発する発光位置と光線束105で励起されない退避位置との間で各蛍光体104をガイド手段に沿って(ここではz方向)動かす駆動手段(図6の蛍光体駆動回路605)を有し、複数の蛍光体104で発光された光で被照射体を照射する様になっている。
【0077】
発光素子101には、紫外光源などが用いられ、レーザダイオード(LD)、LED、有機LED、プラズマなどを適用できる。光源装置の構成にもよるが、これらの中でも発光効率が高く、指向性の高いLDが好ましい。
【0078】
光源においても、表示装置における図9に示すように、発光素子101と発光素子駆動回路、蛍光体駆動回路などを配する制御ユニット902と、蛍光体104が配されるユニット901(光源においては発光面)とを別に配置し、複数の光ガイドから形成される光ガイドケーブル903を用いてそれぞれの発光素子101からの光線束をそれぞれ発光面ユニットに導く構成とできる。
【0079】
また、上述の面状光源では、発光面部分が透明材料と光路変更用の微小な蛍光体104だけで構成できるので、発光面部を透明なものとできる。すなわちシースルー光源が実現できる。さらに、上述の光源は、支持ガイド103を屈曲可能なもので構成することで、発光面部が屈曲性を有した光源、すなわちフレキシブルな面状光源とできる。
【0080】
さらには、上述の透明な光源を複数枚重ねて配置することで、輝度の高い光源とすることができる。また、R,G,Bの蛍光を発する蛍光体を重ねて配置することで、白色光源とできる。
【0081】
本光源は、ランプや蛍光灯の代わりをはじめ、液晶表示装置のバックライト、ファクシミリ、複写機の光源など、様々な光源として利用可能である。
【0082】
なお、上記種々の実施形態は、本発明にかかる光放射機構、表示装置、光源装置の構成の一例を示したに過ぎず、本発明により得られる各装置の用途はこれのみに限定されない。例えば、上記構成要素のうち、使用目的上必要のない機能に関わる部分は省いても差し支えない。また、これとは逆に、使用目的によっては更に構成要素を追加してもよい。
【0083】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例をあげて、本発明を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるものではなく、上述の広い概念に含まれるものであれば、その構成、製法等は拘らない。
【0084】
「実施例1」
本実施例は、図1に示す構成の20×20の表示装置を実現した例である。x方向に配列した発光素子101から発せられた光線束105は、透明媒体102および支持ガイド103で構成される伝播路に沿って一列に配列してy方向に伝播し、それぞれの光線束105に対応して配置された蛍光体104を励起、発光させる。これによって観察者の方向(z方向)に光が発せられる。各蛍光体104のy方向の運動に応じて、制御回路は画像情報データを基にそれぞれの発光素子101を変調する。これにより、z方向の観察者には、残像の影響で2次元の画像として認識される。
【0085】
本実施例では、発光素子101として発光波長401nm、出力3mWのInGaN系の紫色レーザダイオードを用いた。紫色レーザは、1.5mmピッチで20個配列して形成されたLDアレイである。
【0086】
支持ガイド103としては、樹脂成型により所望の形状に加工したポリカーボネート(屈折率1.59)の板を用いた。板のサイズは5cm□であり、幅1mm、深さ1mm、長さ40mmの図3(a)に示すような矩形溝が1.5mmのピッチで20本、形成されている。
【0087】
蛍光体104としては、0.8mm径のZnO:Znからなる蛍光材料を付着させた鋼球を用い、これを支持ガイド103の溝の中に配置した。ZnO:Znは、ZnNOとジメチルアミンボランを有した水溶液を用いた無電解めっきにより形成し、厚さが約4ミクロンである。また、支持ガイド103の溝の上部に、厚さ0.5mmのポリカーボネートのシートを接着して、封止した。この溝に連結された穴より脱気、減圧することで、溝の中、すなわち透明媒体102を真空とした。
【0088】
レーザダイオード101は、支持ガイド103の側面に、レーザダイオードからの光線束105がそれぞれの透明媒体102を伝播するように配置した。レーザダイオード101の光は直進性に優れるため、表示エリアのサイズにわたり透明媒体104を優先的に伝播する。
【0089】
支持ガイド板103の裏側には近接して、図4(a)に示すように、棒状のネオジウム磁石403(x方向長さ40mm、y方向の幅3mm)を配置し、この磁石はリニアモータ402の上に配した。リニアモータ402を駆動し、磁石403を12Hzで周期的に往復運動させると、蛍光材料を付着させた鋼球からなる蛍光体401は、このネオジウム磁石403の動きに追随して運動する。この際、20個の蛍光体球の動きの間にばらつきは殆ど見られなかった。
【0090】
図6の駆動回路605を適用し、リニアモータ402を駆動することで蛍光体球401をy方向に12Hzで動かしながら、LD駆動回路602により、画像データに基づいてLDの発光強度を変調した。すなわち、第Px行の蛍光体401の運動中のyの位置Pyに対応して、第Px行に伝播する光線束105を出力する発光素子101を変調することで、(Px,Py)位置で照射される光量を設定、制御した。蛍光体401はy方向の長さ40mmにわたり運動するが、その中央の30mmの長さを表示エリアとして用いた。この際、予めリニアモータ駆動にともなう蛍光体401の位置及び速度データを制御回路内にテーブルデータとして記憶しておき、このデータに鑑みて、発光素子101の駆動を行った。これにより、観察者には、残像の影響で2次元の画像として認識される。蛍光体401の走査に対応して、24Hzのフレーム周波数の動画像が形成される。
【0091】
本実施例の表示装置において、所望の画像を表示できることを確認した。すなわち、鋼球に蛍光材料をコートした蛍光体401を動かしてこれをレーザ光で励起する新しい構成のレーザ表示装置が実現された。画像は十分に明るく、鮮明な動画を表示できた。また、本実施例の表示装置はマトリックス配線などを必要とせず、容易かつ低コストで作製できた。さらに、振動に対しても強い表示装置であった。
【0092】
「実施例2」
本実施例は、流体フローにより蛍光体駆動を行い、40×40の表示装置を実現した例である。
【0093】
本実施例では、発光素子101として、実施例1と同様なものを用いた。紫色レーザは、1.2mmピッチで40個配列して形成されたLDアレイである。
【0094】
支持ガイド103としては、ガラスキャピラリーを用いた。ガラスキャピラリーの長さ70mm、内径0.9mm、外径1.1mmである。ガラスキャピラリー103内に、蛍光体104として、0.8mm径の蛍光材料をコートしたガラス球を配した。蛍光材料としては、赤色に(Zn,Cd)S:Ag、緑色としてZnS;Cu,Al、青色としてZnS:Agを用いた。蛍光材料は平均粒径7ミクロン程度の粉末であり、これをバインダーとしてのポリブニルアルコール水溶液に添加し、ガラス球にコートした。
【0095】
このガラスキャピラリー端の内部には、さらに径の小さいキャピラリー(長さ5mm、内径0.5mm、外径0.7mm)を固定した。この小径キャピラリーが蛍光体104のストッパとして働き、蛍光体は長さ60mmの範囲で運動することになる。蛍光体104を有した上述のガラスキャピラリー103は、ガラス基板上に1.2mmピッチで40本配置した。
【0096】
レーザダイオード101は、支持ガイドであるガラスキャピラリー103の側面に、レーザダイオードからの光線束105がそれぞれの透明媒体(エア)102を伝播するように配置した。透明媒体102、すなわちキャピラリー内部はエアであり、このエアの流れを制御することで、蛍光体104をキャピラリー103内で往復運動させる。エアフローの駆動は、図5(c)、(d)の手法を用い、キャピラリー103の片端にはシリンダタイプの圧力制御部504を設けて、この圧力を上げ下げすることで、エアの流れが左右に繰り返される。キャピラリー103のもう一方の端には、流体溜まり505に対応して、エア抜き穴が配される。すなわち、圧力制御部504の圧力が上がると、エア102が図5(c)の左方向に流れ、蛍光体104も左方向に移動する。逆に圧力制御部504が負圧になると、エア102が図5(c)の右方向に流れ、蛍光体104も右方向に移動する。これにより、蛍光体球104はy方向に15Hzで往復運動される。
【0097】
蛍光体104を動かしながら、LD駆動回路により、画像データに基づいてLD101の発光強度を変調した。この際、予めエアフロー駆動に伴う蛍光体104の位置及び速度データをテーブルデータとして記憶しておき、このデータに鑑みて、発光素子101の駆動を行った。蛍光体104は60mmの距離にわたり往復運動させ、中央の48mmの範囲を表示エリアとして用いた。端部の非表示エリアには蛍光体位置検出用のセンサとして受光素子を配置することで、蛍光体104の位置をモニターした。この位置センシングにおいて、光源は蛍光体からの発光をそのまま用いた。この位置モニター情報により、適宜、蛍光体104の運動を制御する。すなわち、圧力制御部504をフィードバック制御することで、蛍光体104の運動の確実性を高めた。さらに、この位置モニター情報を、発光素子101の駆動、変調の補正に用いた。これにより、比較的安定な30Hzフレーム周波数の動画像が形成された。
【0098】
本実施例の表示装置でも、所望の画像を表示できることを確認した。すなわち、蛍光体104を動かして蛍光体104をレーザ光で励起する新しい構成の薄型のフルカラーレーザ表示装置が実現された。画像は十分に明るく、鮮明な動画を表示できた。本実施例の表示装置も、マトリックス配線などを必要とせず、容易かつ低コストで作製できた。また、表示エリアに電気配線を使っていないという特徴がある。
【0099】
「実施例3」
本実施例では、構成は実施例2に準じているが、支持ガイド103として、フッ素化樹脂(屈折率1.45)から成るキャピラリーチューブ内部に、透明媒体102としてグリセリン(屈折率1.47)を充填した。また、発光素子にはInGaN系の紫外LED(ピーク波長388nm、出力2mW)を用いた。蛍光体は、図2(d)に示すような蛍光材料を充填したカプセルを用いた。蛍光材料としては、有機発光材料であるAlqを用いた。蛍光体104の駆動には、液体の流れ制御の手法を用い、実施例2に準じて、8Hzで往復運動させた。
【0100】
本実施例においては、支持ガイド103であるキャピラリーに比べて若干小さい屈折率を有する透明媒体(グリセリン)102を用いることで、屈折率導波構造となり、効果的に光線束105を媒体102中に伝播させられた。これにより、LDに比べて指向性の悪いLEDを発光素子に用いても、良好な画像を形成できた。
【0101】
また、支持ガイド103と透明媒体102の屈折率差が小さいことから、外光の透過性に優れるため、外光の反射を抑制でき、画像の視認性に優れた表示装置とできた。本表示装置は、非表示時は透明であり、表示時も背面を見ることができ、いわゆるシースルーディスプレイである。さらに、本実施例においては、支持ガイド103を屈曲可能なキャピラリーチューブで構成したため、表示部は屈曲が可能である。すなわち、いわゆるフレキシブルディスプレイである。
【0102】
「実施例4」
本実施例においては、図9に示すように、発光素子101と発光素子駆動回路、蛍光体駆動回路などを配する制御ユニット902と、蛍光体104が配される表示ユニット901とは別に配置し、複数の光ガイドが配列して形成された光ガイドケーブル903を用いてそれぞれの発光素子101と表示ユニット901の透明媒体102を接続した。
【0103】
表示ユニット901の構成は実施例2に準じている。ただし、蛍光体104は楕円球形状(長軸径0.9mm、短軸径0.7mm)とした。光ガイドは、プラスチック光ファイバーを用い、これをキャピラリー内に接続することで、ファイバーを伝播した光を透明媒体102に結合させた。すなわち、制御ユニット902のレーザ101から発せられた光線束105は、それぞれ、光ガイドケーブル903を伝播した後、ガラスキャピラリー(支持ガイド)103内のエア(透明媒体)102を伝播し、蛍光体104を励起する。蛍光体104は、制御ユニット902から接続された流体駆動ライン904を介して制御されるエアフローにより運動させられる。観察者には、蛍光体104からの光が残像の影響で2次元の画像として認識される。すなわち、蛍光体104の運動を用いることで、一列に並んだ光線束105から2次元画像が形成される。
【0104】
この様な構成は、表示ユニット901の構成をより単純なものとして構成でき、好ましい。また、表示ユニット901、光ガイドケーブル903、制御ユニット902間の接続を脱着可能なものとすることで、使い勝手に優れた表示装置とできる。また、この様な構成において、表示ユニット901は、微小な蛍光体104が高速運動するだけであり、表示ユニット701には電気的な配線を必要としない。
【0105】
「実施例5」
以上の実施例は表示装置であったが、本実施例は、実施例2と同様な構成で、図7(a)に示す光源を実現した例である。本実施例の基本構成は、実施例2と同様であるが、発光素子101としてLEDを用いた。LED101は単純に連続駆動させ、蛍光体104は15Hzで往復運動させ、特に位置制御を行わなかった。これにより、蛍光体104を動かして光をライン走査する新しい構成の薄型の面状光源が実現される。
【0106】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明により、ガイド手段に沿って移動する蛍光体をた単純な構成の光放射機構を利用して種々の装置を単純な構成で実現できる。
【0107】
すなわち、蛍光体と支持ガイドと透明媒体という単純な構成の表示部によって薄型表示装置を実現できた。ここでは、表示部に、マトリックス電気配線や画素ごとのTFTトランジスタなどが必要ない。また、画素行(列)あたりに1つの励起用の発光素子を配置するだけでも、比較的明るい画像を表示可能な表示装置とできる。さらには、振動に強い表示装置となる。構成によっては、フレキシブルディスプレイや、シースルーディスプレイや、立体表示装置を容易に実現できる。また、種々の蛍光体の励起を用いられるので、発光素子として同種のものを用いながら色表示は柔軟に設計できる。
【0108】
また、蛍光体と支持ガイドと透明媒体という単純な構成で薄型の光源装置を実現できた。光源装置の構成でも、フレキシブル光源やシースルー光源を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表示装置の構成を示す模式斜視図である。
【図2】本発明の装置で用いられる蛍光体の構造例を示す図である。
【図3】本発明の装置で用いられる支持ガイドの構成例を示す図である。
【図4】蛍光体の可動方法(磁力を用いた例)を示す図である。
【図5】蛍光体の可動方法(流体フローを用いた例)を示す図である。
【図6】本発明の表示装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図7】本発明の表示装置の幾つかの構成例を示す断面図である。
【図8】本発明の立体表示装置の例を示す斜視図である。
【図9】表示ユニットと制御ユニットと光ガイドケーブルからなる本発明の表示装置の例を示す斜視図である。
【図10】従来の表示装置の例を示す図である。
【符号の説明】
101  発光素子
102  透明媒体
103  支持ガイド
104  蛍光体
105  光線束
201  蛍光材料
202  ガラス、樹脂などの球体
203  磁性材料
204  透明カプセル
401  磁性材料を有した蛍光体
402  リニアモータ
403  磁石
404  磁場生成電極
501  電磁弁
502  低圧部
503  高圧部
504  圧力制御部
505  流体溜まり
601  表示パネル
602  発光素子駆動回路
603  制御回路
604  画像入力部
605  蛍光体駆動回路
606  蛍光体位置センサ
901  表示ユニット
902  制御ユニット
903  光ガイドケーブル
904  流体駆動ライン
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a light emitting mechanism that changes an optical path using a phosphor that moves along guide means, a display device and a light source device using the same.
[0002]
[Prior art]
As a display device using a conventional light emitting element, an LED display that displays an image by arranging two light emitting elements corresponding to one pixel in a two-dimensional array and controlling each light emitting element, There is an EL display. For example, an LED display in which LEDs are used as light emitting elements and light emitting elements of three primary colors, red (red (R)), green (green (G)), and blue (blue (B)), are arranged in a matrix. Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-306659.
[0003]
On the other hand, there is known a laser display that displays an image by two-dimensionally scanning one (or three R, G, and B) lasers. As a laser display, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-19769, R, G, and B laser beams of three primary colors are oscillated by a laser oscillator, and these output laser beams are screened. There is a projection display apparatus which projects a color image or the like on a screen by projecting onto the same point and two-dimensionally scanning it at a high speed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a display device in which light-emitting elements are two-dimensionally arranged for each pixel has problems such as an increase in power consumption due to a large number of light-emitting elements, and deterioration of image quality due to variations in light-emitting elements. There is. Furthermore, it becomes necessary to arrange electric wirings in a matrix and to arrange TFT transistors for each pixel, which complicates the configuration of the display unit.
[0005]
In addition, an LED display is particularly preferable in terms of high luminous efficiency and lifetime, but it is difficult to manufacture an element that emits different colors on the same substrate. Is limited to application to display devices. On the other hand, an organic EL display, which has recently attracted attention, can be applied to a small device, but is in a development stage due to its short lifetime.
[0006]
On the other hand, in a laser display in which an image is displayed by two-dimensionally scanning a small number of light-emitting elements of about one to three, the amount of light emitted from one light-emitting element is limited, so that the surrounding area is bright and external light is incident on the screen. In such a situation, there is a problem that an image is dark and visibility is low. In addition, a volume in the depth direction is required to install an optical system for laser scanning, and a thin display device is difficult. Further, there are problems such as the necessity of a mirror that swings at a high speed in order to scan the laser two-dimensionally at a high speed, and the fact that it is weak against vibration.
[0007]
Further, a head-mounted display as shown in FIG. 14 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1111827 as a display device in which LEDs are arranged in a line for each pixel row, unlike the above-described conventional device. However, it has a complicated mechanical configuration and is not practical.
[0008]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a light emitting mechanism using a phosphor that moves along guide means, a device using the same, that is, a device that can display a bright image and has a relatively simple structure of a display unit. It is an object of the present invention to provide a display device and a light source device which can be easily manufactured with a thin structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The light emission mechanism that achieves the above object has a phosphor that is excited by incident light to emit light, guide means for guiding the phosphor, and driving means for moving the phosphor in the extension direction of the guide means. The phosphor and the guide means are configured such that incident light is emitted from each position of the phosphor in the guide means from a direction substantially constant with respect to the extending direction. In this configuration, since the phosphor is simply moved in parallel along the guide to scan the light emission position of the phosphor, the light emitting mechanism can be flexibly configured with a simple configuration.
[0010]
Based on the above basic configuration, the following more specific modes are possible.
A plurality of phosphors are provided, and one guide means is provided for each phosphor. The plurality of guide means extend in parallel with each other and are configured as shown in FIG. As shown in the drawing, a plurality of phosphors are configured to travel or guide along the direction of extension of the guide means, and a plurality of phosphors are configured to move along the respective guide means while maintaining a predetermined relative relationship as shown in FIG. Or
[0011]
Further, as shown in FIG. 7C, a phosphor excited by the incident light, a guide means for guiding the phosphor, a light emitting position excited by the incident light to emit light, and a retreat position not excited by the incident light. And a driving means for moving the phosphor in the direction in which the guide means extends between the driving means and the driving means. In this case, a plurality of phosphors are provided, one guide means is provided for each phosphor, and the plurality of guide means extend in the propagation direction of the incident light in a non-parallel to the propagation direction and are parallel to each other. 7C, or a configuration in which a plurality of guide means are two-dimensionally arranged.
[0012]
Further, as described in the embodiments and examples described below, the movement direction of the phosphor is limited to one direction by the guide means, and the phosphor moves in the transparent medium, and the movement of the phosphor is caused by the fluid in the guide means. Or the phosphor is made of a magnetic material, and controls the movement of the phosphor by controlling the magnetic field acting on the phosphor, and the refractive index of the transparent medium is controlled by the guide means. An effective optical waveguide can be formed as a configuration having a refractive index larger than the refractive index. Further, the guide means can be configured to be bendable, and the guide means and the transparent medium can be formed of a material transparent to visible light.
[0013]
In addition, a scatterer that scatters incident light and changes its propagation direction is provided together with the phosphor, and one guide is provided for the scatterer, and the plurality of guides of the phosphor and the scatterer are mutually connected. It can be made to extend in parallel. Alternatively, a scatterer that scatters incident light and changes its propagation direction is provided together with the phosphor, and a guide unit is also provided for the scatterer, and a scattering position where incident light can be scattered and a retracting position where incident light cannot be scattered. And a driving means for moving the scatterer along the extension direction of the guide means between the guide means and the scatterer. The scatterer can be provided with the above-described guide means for the phosphor. In a display device using such a light emission mechanism, for example, blue is used as incident light, blue pixels use scattering from a scatterer such as a mirror, and green and red pixels use blue incident light to emit green and red fluorescent light. There may be an embodiment in which the body is excited and fluoresced.
[0014]
In addition, a display device that achieves the above object has a light emitting element such as the above-described light emitting mechanism and a laser diode, and propagating light from the light emitting element emits light in the extending direction at each position of a phosphor or a scatterer in the guide means. And a guide means are configured so that light is emitted from a substantially constant direction, and display is performed using light emitted from the fluorescent material or light scattered by the scatterer. It is characterized by the following. Alternatively, the light-emitting device includes the light-emitting mechanism and the light-emitting element described above, and is configured to perform display with light emitted from a phosphor or light scattered by a scatterer.
[0015]
In such a display device, for example, even when a plurality of light emitting elements of a single type are used, color display using various colors can be performed by using different types of phosphors. In this case, since the light source is a single type of light source, the driving circuit is easy, and the color can be designed with the phosphor, so that it is not necessary to set the color with the light source. Although there are not many types of light sources such as lasers and LEDs, the range of color design is widened because a great number of types of phosphors have been developed. Furthermore, visibility is good because mainly display using fluorescence from a phosphor (which has a relatively wide spectrum wavelength band) instead of reflected light from a laser is used.
[0016]
The following embodiments are also possible. Modulating means for modulating the amount of light emitted from the light emitting element, and detecting means for detecting the position of the phosphor or scatterer in the guide means, based on the position of the phosphor or scatterer in the guide means, and the display information signal The modulation means is controlled so that the display is performed by the light emitted from the phosphor or the light scattered by the scatterer (see FIGS. 7A and 7B). Modulating means for modulating the amount of light emitted is further provided, and the position of the phosphor or scatterer in the guide means, and the modulating means is controlled based on the display information signal, and the light or scatterer emitted by the phosphor is used. In some cases, display is performed with scattered light (see FIG. 7C).
[0017]
Also in the display device, the guide means is configured to be bendable so that the display area is bendable, or the guide means and the transparent medium are formed of a material transparent to visible light so that the display area is outside. It can be a see-through display that is transparent to light. Also, as shown in FIG. 8, a plurality of two-dimensionally arranged light emitting elements, and a plurality of phosphors or scatterers which emit light when excited by the two-dimensionally arranged light fluxes emitted from the light emitting elements. In addition, the stereoscopic display device can be configured to include a modulator that modulates the amount of light emitted from the plurality of light emitting elements, and a driver that moves the phosphor or the scatterer in a direction perpendicular to the plane in which the light beams are arranged.
[0018]
Further, as shown in FIG. 9, a control unit having a plurality of light emitting elements and a modulating means for modulating the plurality of light emitting elements, an optical guide cable for transmitting light from the plurality of light emitting elements, and a light guide from the control unit. A display unit that forms an image using a plurality of light beams transmitted through the cable; the display unit arranges the light beams transmitted through the light guide cable, and a transparent medium and light beams that propagate in a display surface direction. It is also possible to adopt a configuration having a fluorescent material that emits light when excited by a flux or a scatterer that scatters a light flux.
[0019]
In addition, a light source device that achieves the above object has a light emitting element such as the light emitting mechanism and a laser diode described above, and the propagating light from the light emitting element extends in each direction of the phosphor or scatterer in the guide means in the extending direction. That the phosphor or the scatterer and the guide means are configured so as to be irradiated from a substantially constant direction, and that the light is emitted by the light emitted from the phosphor or the light scattered by the scatterer. Features. Alternatively, the light-emitting device includes the light-emitting mechanism and the light-emitting element described above, and is configured to irradiate with light emitted from a phosphor or light scattered by a scatterer.
[0020]
Since the light source device does not need to display an image, the light source device has a simpler configuration than the display device. The light source device can also adopt various forms basically similar to the various forms of the display device described above.
[0021]
[Action]
In the light emission mechanism of the present invention, the fluorescent material is simply moved in parallel along the guide to scan the fluorescent position. The display device and the light source device of the present invention utilize such a light emitting mechanism.
[0022]
The operation of the present invention will be described in detail with reference to specific examples of the display device of the present invention. Here, the description will be made only of the phosphor, but the case where a scatterer is included is substantially the same. In the display device, for example, a plurality of light beams emitted from a plurality of light emitting elements are arranged and propagated in a line, and a phosphor arranged corresponding to each light beam is excited and emitted to observe light. Radiation in the direction of the person (display direction). Further, an image is displayed by moving each of the phosphors at a high speed in a direction (for example, a vertical direction) non-parallel to the arrangement direction of the light beams and modulating each of the light emitting elements. By observing the light emitted from the phosphor moving at high speed, the observer recognizes the image as a two-dimensional image due to the effect of the afterimage.
[0023]
In the display device of the present invention, the number of light-emitting elements used is the number of pixel rows (or the number of pixel columns) on the screen. The number of elements is small. Thus, power consumption can be reduced, and it is easy to cope with a decrease in image quality due to variations in light emitting elements. Further, there is no need for a matrix electric wiring or a TFT transistor for each pixel, and the structure of the display section is simple. Since the configuration is simple, it can be manufactured at low cost.
[0024]
On the other hand, compared with a laser display that two-dimensionally scans about one to three light-emitting elements (lasers), a sufficiently bright image can be displayed because the number of light-emitting elements used is large. In addition, since the amount of light output from one light emitting element can be reduced, the load on the light emitting element and the driving circuit is reduced. Further, there are advantages that the scanning optical system is thin and can be made very small, and it is strong against vibration.
[0025]
In addition, the display device of the present invention has advantages such as a thin optical system which can be made very small, and a high resistance to vibration, as compared with a head mounted display as shown in FIG. Furthermore, in the display device of the present invention, particularly, by arranging the phosphor for each light emitting element, the high-speed movement of the phosphor can be made easy and reliable. In particular, the use of a minute (light) spherical phosphor enables effective high-speed operation with a simple configuration.
[0026]
Further, in the display section of the display device of the present invention, only the fine phosphor moves at high speed. If the means for moving the phosphor at high speed can be provided outside the display unit, the display unit does not require electrical wiring. This configuration has a great advantage in terms of improving the aperture ratio (usually, the area of the light emitting portion in the display portion is limited by the area of the electric wiring and the transistor), and also in terms of structural simplicity.
[0027]
Although the light source device of the present invention does not require a light emitting element modulation means, it has an operation and an advantage similar to those of the above-described display device.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the device including the light emitting mechanism of the present invention will be described in detail below.
[0029]
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an example of the display device of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a light emitting element, 102 denotes a transparent medium, 103 denotes a support guide serving as guide means, 104 denotes a phosphor, and 105 denotes a light beam from the light emitting element 101. A plurality of light emitting elements 101 are arranged corresponding to the pixel rows (or pixel columns) of the screen (formed on the upper surface of the support guide 103). For example, as shown in FIG. 1, they are arranged in a row (in the x direction in FIG. 1) at the end of the display surface or screen. That is, m (or n) light emitting elements 101 are arranged on an m × n screen (m and n are both positive integers).
[0030]
A plurality of light beams 105 emitted from the light emitting element are arranged in parallel in a line along a propagation path formed by the transparent medium 102 and the support guide 103, propagate in the y direction, and correspond to the respective light beams 105. The phosphor 104 arranged in this manner is excited and emits light to emit light in the direction of the observer (z direction).
[0031]
The phosphors 104 are arranged corresponding to the respective light beams 105, and move (move) at high speed in the y direction in FIG. The phosphor 104 is periodically moved at a frame frequency, for example. Accordingly, the light beam 105 is irradiated on the phosphor at various y positions within the range in which the phosphor 104 moves. In such a configuration, the (Px, Py) position is modulated by modulating the light emitting element 101 that outputs the propagating light beam 105 to the Px-th row in accordance with the position Py of y during the movement of the phosphor 104 in the Px-th row. The display is performed by setting the amount of light to be irradiated. For example, an m × n image can be obtained by dividing the y position Py of each phosphor 104 into n positions and modulating the intensity of each light emitting element 101 according to each position. That is, the excitation / emission position of the phosphor 104 is scanned at high speed by the parallel movement of each phosphor 104, and each light emitting element 101 is modulated based on the image information data according to the movement of the phosphor. Thus, the observer recognizes the image as a two-dimensional image due to the effect of the afterimage. In this manner, by using the movement of the phosphor 104, a two-dimensional image is formed from the light beams 105 arranged in a line in the x direction.
[0032]
Next, each part will be described in detail.
First, the configuration of the display panel will be described. As the light emitting element 101 used for exciting the phosphor 104, any light emitting element that emits light capable of exciting the phosphor 104 can be used. When the phosphor 104 that emits visible light is used, a light-emitting element that emits ultraviolet light or blue light is preferable, and a laser diode (LD), an LED, an organic LED, an ultraviolet light source using plasma, or the like can be used. Depending on the type of the phosphor 104 and the configuration of the display device, for example, an InGaN-based ultraviolet or blue LD or LED can be used. Among them, an LD having high luminous efficiency and high directivity is preferable. As the excitation light, it is common to use light having a shorter wavelength (having larger energy) than fluorescence. However, light having a longer wavelength than fluorescence can be used as excitation light by multiphoton absorption.
If necessary, the color of the display light can be adjusted by attaching a filter corresponding to each part on the display panel.
[0033]
The phosphor 104 is excited by a light beam 105 propagating in the light propagation path in the y direction, and emits light. Although a phosphor 104 having a spherical shape, an elliptical spherical shape, a truncated cone shape, or the like can be used, it is particularly preferable to use a spherical phosphor 104 because it is easy to move when moving at high speed. Spherical phosphors are also advantageous in that they are excellent in productivity, that they are easy to install because their shapes are not directional. Examples of the spherical phosphor include a fluorescent sphere in which the fluorescent particles or the material 201 are solidified (FIG. 2A) or an arbitrary material (the glass or resin 202, the magnetic material 203, or the like) of the fluorescent particles or the material 201. Coated spheres (FIGS. 2 (b) and (c)) can be mentioned. The use of a sphere in which the fluorescent particles 201 are coated on a resin is preferable because the weight of the phosphor 104 is reduced and the phosphor 104 can be easily moved at high speed. Alternatively, a phosphor capsule in which the fluorescent material 201 is sealed in a transparent resin capsule 204 as shown in FIG. 2D can be used. Such a fluorescent material coat or capsule form can be applied to the phosphor 104 having a shape other than the spherical shape.
[0034]
Here, the fluorescent material may be any material that emits light in the visible region, such as dyes, pigments, dyes having fluorescent characteristics, fluorescent materials used in cathode ray tubes and plasma displays (PDP), semiconductor materials, organic light emitting materials, and the like. Can be used. Examples of the dye include dyes such as rhodamine and coumarin. In addition, aluminum complexes (Alq 3 ) Or polyparaphenylene vinylene (PPV) which is a polymer light emitting material.
[0035]
Examples of the inorganic fluorescent material include general fluorescent materials such as ZnS: Mn, ZnS: Ag, ZnS: Cu, and Al. In addition, red Zn which is a fluorescent material for CRT is used. 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , (Zn, Cd) S: Ag, YVO 4 : Eu 3+ , Y 2 O 3 : Eu 3+ , Y 2 O 2 S: Eu 3+ , Green Y 3 Al 5 O 12 : Tb 3+ , Blue ZnS: Ag or (La, Y) OBr: Ce 3+ , (La, Gd) OBr: Ce 3+ Etc. can be used. Further, ZnO: Zn, SnO used for a light emitting display panel excited by a low-voltage electron beam of 10 to 100 V is used. 2 : Eu 3+ , Y 2 O 3 : Eu 3+ + In 2 O 3 And the like. Furthermore, BaMgAl used in PDPs 14 O 23 : Eu, Zn 2 SiO 4 : Mn, (Y, Gd) Bo 3 : Eu or the like may be used.
[0036]
As a semiconductor applicable to the fluorescent material, a direct transition semiconductor is desirable, and a II-VI group compound semiconductor such as ZnO, ZnS, or CdS; a IIIb-V group compound semiconductor such as AlAs or GaP; or a III-VI compound semiconductor such as GaN or AlN. A group V compound semiconductor, a chalcogenide compound such as MgS or MnS, or a mixed crystal thereof is exemplified. Further, an organic semiconductor such as pentacene or tetracene can be used.
[0037]
When the fluorescent material 104 is moved by using a magnetic force, a magnetic material can be mixed, or a magnetic material 203 coated with a fluorescent material 201 as shown in FIG. 2C can be used. For example, a steel ball may be used as a core and covered with a fluorescent material. In addition, a material such as a neodymium magnet, a samarium magnet, an alnico magnet, or a ferrite may be used. Of course, a glass ball or a resin ball may be coated with a magnetic substance such as nickel, and further coated with a fluorescent material. Further, in order to reduce scratches on the phosphor surface or reduce friction, the phosphor 104 may be appropriately coated with a surface.
[0038]
The support guide 103 limits the movement direction of the phosphor 104. This is preferable because the movement of the phosphor 104 can be controlled with high accuracy. As the support guide 103, a transparent glass or a resin material is used. In particular, by forming the support guide 103 with a bendable material such as a resin sheet or a tube, a display device (flexible display device) with a bendable display unit can be obtained.
[0039]
FIG. 1 shows an example in which each phosphor 104 is moved only in the y direction by a support guide 103. As a structure of the support guide 103, as shown in FIG. 3 showing an xz cross section of FIG. 1, a rectangular groove (FIGS. 3A and 3B), a V groove (FIG. 3C), and a circular groove ( 3D) and a cylinder (FIG. 3E) can be used. A capillary or the like can be applied to the cylinder, that is, the tube, and has good applicability to the spherical phosphor, and is thus preferable. At the end of the support guide 103, a stopper or a reaction absorbing material for stopping the movement of the phosphor 104, a spring material for repelling the phosphor 104, or the like may be provided.
[0040]
The first role of the support guide 103 is to guide the movement of the phosphor 104, and it is preferable to use a member having a smooth surface so that the movement of the phosphor 104 can be controlled with good control. Further, the support guide 103 can also have a role of guiding the light beam 105, that is, a role of propagating light to itself or guiding light propagation. That is, the transparent medium 102 and the support guide 103 may have the function of an optical waveguide. At this time, it is preferable to use a material having a smooth surface for the support guide 130 so that light scattering hardly occurs at the interface between the support guide and the transparent medium.
[0041]
Further, it is preferable that the difference in the refractive index between the support guide 103 and the transparent medium 102 is small so that interface scattering is hard to occur. This can suppress the reflection of external light and provide a display device with excellent image visibility. That is, transparency is enhanced when used as a see-through display, which is particularly preferable.
[0042]
For the transparent medium 102, vacuum, air, dry air, inert gas, transparent liquid such as silicone oil, water, glycerin, or the like is used. When vacuum, air, gas, or the like is used for the transparent medium 102, the refractive index is small. Therefore, it is preferable that the support guide 103 is also made of a material having a small refractive index. For example, a fluorine resin is used. When a transparent liquid such as silicone oil is used for the transparent medium 102, a display device having excellent visibility can be obtained by using a material having a refractive index close to that of the transparent liquid for the support guide 102.
[0043]
Further, by setting the refractive index of the support guide 103 to be slightly smaller than the refractive index of the transparent medium 102, an optical waveguide in which the transparent medium is a core and the support guide is a clad can be formed. Thereby, the light from the light emitting element 101 is effectively propagated along the transparent medium 102, and the light is effectively guided to the phosphor 104, which is more preferable. When the guide of each light beam 105 is insufficient and there is a possibility that the image quality may be degraded due to the exchange of light between the light beams 105, a black color is provided between each light propagation path (between each guide). May be arranged.
[0044]
These components are components of the display device, and the above-described configuration may be provided on an arbitrary substrate or may be provided in an outer container as appropriate.
[0045]
Next, the movement of the phosphor 104 will be described. This description is the same for the scatterer.
The phosphor 104 moves in a direction non-parallel to the direction in which the plurality of light beams 105 are arranged. FIG. 1 shows an example in which the phosphor 104 is moved in the y direction with respect to the light beam 105 arranged in the x direction. For example, if the phosphor 104 is reciprocated at 10 Hz, an image with a frame frequency of 20 Hz can be displayed by using the back and forth. The phosphor 104 preferably moves at a constant speed as much as possible. However, even if the phosphor 104 has an acceleration, a desired image can be formed by modulating the light emitting element 101 accordingly if the position and the speed can be controlled. .
[0046]
As a driving unit of the phosphor 104, any actuator unit can be applied. For example, a method of moving the phosphor 104 using a flow of gas, liquid, or the like, a method of moving the phosphor 104 having a magnetic material by a magnetic force remotely, and an ultrasonic motor provided along the guide means 103 And a method of moving the phosphor 104 in a peristaltic manner using a piezoelectric element provided along the guide means 103.
[0047]
FIG. 4A shows an example in which the magnetic phosphor 401 is remotely operated by the magnet 403 arranged on the back side of the display unit. Here, the magnet 403 is installed on the linear motor 402, and the linear motor 402 is controlled by a drive circuit to cause the magnet 403 to perform a desired operation. Then, the fluorescent material 401 is moved to follow the magnet 403 by the magnetic force generated from the magnet 403.
[0048]
Also, as shown in FIG. 4B, a plurality of electrodes 404 (coils) for generating a magnetic field are arranged on the back side of the display unit, and the current is applied to these electrodes 404 at appropriate timing as shown in FIG. , The magnetic phosphor 401 can be moved even if the magnetic field generated by this current is scanned.
[0049]
FIG. 5 is an example in which the phosphor 104 is moved using the flow of a transparent medium that is a fluid. The flow of the liquid or gas is controlled by the electromagnetic valves 501A and 501B at both ends of the guide means, and the flow is controlled so as to reciprocate, whereby the phosphor 104 can be moved. As shown in FIG. 5A, a high-pressure unit 503 and a low-pressure unit 502 are provided for the solenoid valves 501A and 501B at both ends, respectively, and the connection to each is sequentially switched as shown in FIG. As shown in FIG. 5C, one pressure control unit 504 and one fluid reservoir 505 are provided at both ends of the guide means as shown in FIG. 5C, and the positive pressure and the negative pressure are repeated as shown in FIG. 5D. There is a method of changing the position of the phosphor by repeating the suction and pressing of the phosphor 104 by making. For the pressure control unit, a device capable of controlling the pressure, such as a pump, is used.
[0050]
Further, by sensing the position of the phosphor 104, feedback, that is, servo control may be performed to more accurately control the position of the phosphor. Specifically, a sensor for detecting the position of the phosphor is arranged in a part of the display device, and the position information from the sensor is obtained. The sensor may be arranged on the entire surface of the phosphor movable area, or the sensor may be arranged on a part of the display unit, for example, at an end. As a detection method, optical sensing can be mentioned, and a so-called reflection (or transmission) photoelectric sensor can be applied.
[0051]
The phosphor 104 of the display device may be used as a light source for a position detection sensor. For example, a part of light emitted from the phosphor 104 (light in the −z direction) is monitored by a light receiving element arranged on the back side of the display unit. An area not used for display may be provided at a part of the movable area of the phosphor, for example, at the end, and a light receiving element may be provided near this area to be used as a phosphor position monitor.
[0052]
Further, as shown in FIG. 7B described later, a plurality of light beams can be guided to one phosphor, and the light beam emitted or scattered by the phosphor can be used as a light source for position monitoring. In FIG. 7B, the light emitting elements 101 are arranged on both the left and right sides of the display unit, and the light beams from both sides are guided to the phosphor 104. In this case, the light beams from one side are used for display, and One beam is used for position monitoring. Needless to say, another light emitting element for detecting the position of the phosphor may be prepared separately from the light emitting element used for display. At this time, a light source for position monitoring may use invisible light such as infrared light. Invisible light is preferable because it does not interfere with display. The wavelength of the monitor light source is not particularly limited, but there is an advantage that using a long wavelength light source (for example, an infrared light source) requires less power consumption.
[0053]
This position sensing information can be used for controlling the light emitting element in addition to controlling the movement of the phosphor as described later.
[0054]
Next, an example of an electrical configuration (electric circuit portion) of the display device will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electric circuit for performing display according to an image signal (such as an NTSC signal or a video signal). In FIG. 6, reference numeral 601 denotes an image display panel, 602 denotes a light emitting element driving circuit, 603 denotes a control circuit, 604 denotes an image input unit, 605 denotes a phosphor driving circuit, and 606 denotes a phosphor position sensor.
[0055]
The image input unit 604 is a circuit that outputs image data (such as a video signal) to the control circuit 603 in a desired format under the control of the control circuit 603. For example, the image input unit 604 stores image data in a frame memory in a frame unit, and stores pixel data for one column of the stored frame image in a register in accordance with an address signal input from the control circuit 604. Output. Further, the register holds pixel data for one vertical column, and outputs the pixel data for one vertical column to the control circuit 604 under the control of the control circuit 604.
[0056]
The light-emitting element driving circuit 602 is connected to the light-emitting element 101, and can perform arbitrary modulation of the light-emitting element 101 under the control of the control circuit 603. As a method for modulating the light emitting element 101, a current modulation method, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be employed. When implementing the voltage (current) modulation method, a circuit that generates a constant voltage (current) determined according to input data and appropriately modulates the output is used. When implementing the pulse width modulation method, a circuit of a pulse width modulation method that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data is used. Of course, the peak value of the pulse may be controlled, or a modulation method for controlling both the voltage and the pulse width may be used.
[0057]
The phosphor driving circuit 605 is a circuit that controls the movement of the phosphor 104. This circuit 605 depends on the driving method of the phosphor 104, but includes a coil driving circuit in the case of electromagnetic driving (such as a linear motor), and an electromagnetic valve or pressure controller for fluid control in the case of driving with a fluid. Is a circuit that performs the control.
[0058]
The control circuit 603 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on the image signal. The control circuit 603 controls the operation of each unit so that the pixel array light, which is one-dimensionally displayed by the light emitting element 101, excites and emits the phosphor 104 that is moved at a high speed, so that it looks like a two-dimensional image. . Further, the control circuit 603 generates each control signal to each unit, that is, the light emitting element driving circuit 602 and the phosphor driving circuit 605, based on the synchronization signal separated from the image signal and the clock signal generated by itself. I do.
[0059]
Further, the control circuit 603 outputs a modulation signal to the light emitting element driving circuit 602 based on the position Py and the moving speed Vy of the phosphor 104 from the phosphor position sensor 606 in addition to the image information from the image input unit 604. . The relationship between the position and speed of the phosphor 104 and the modulation to the light emitting element 101 (how to output an image input in view of the position and speed) is stored in advance in the control circuit 603 as table data. It is preferable to keep it. That is, the control circuit 603 sets and modulates the driving conditions of the light emitting element 101 based on the table data and the image data.
[0060]
For example, when the phosphor 104 moves at a constant speed, the light beam 105 is output to the line Px when the phosphor 104 is at the position Py based on the pixel data corresponding to the position (Px, Py). The light emitting element 101 may be modulated so as to output a light amount corresponding to the pixel information. On the other hand, when the phosphor 104 moves at a non-constant speed, the speed is high in consideration of the fact that the display time (time during which the phosphor 104 emits a light beam at the pixel) is short in the pixel portion with high speed. By the way, a method of increasing the light amount of the light beam is required. For example, a value obtained by multiplying the pixel data corresponding to the position (Px, Py) by a weight proportional to Vy is output to the light emitting element driving circuit 602, thereby modulating the light emitting element 101 that outputs the light beam 105 to the Px row. .
[0061]
Further, the control circuit 603 may control the light emitting element drive circuit 602 and the phosphor drive circuit 605 based on the phosphor position detection signal input from the position detection sensor 606. As described above, the controllability of the movement of the phosphor 104 can be improved by feeding back the phosphor position detection signal to the phosphor driving. Further, the phosphor position detection signal can be fed back to drive the light emitting element 101, that is, output of image display information. That is, based on the information on the detection position of the phosphor position detection sensor 606, when the phosphor 104 is at the Py position, the image information light corresponding to the position (Px, Py) is generated at a more accurate timing. It can be controlled so as to be output from the light emitting element 101 that outputs the light beam 105 of the row. If the speed of the phosphor 104 is not constant, as described above, the position Py and the speed Vy are stored in the control circuit 603 as a timing table, and the driving conditions of the light emitting element 101 are set in view of this. It may be. That is, the control circuit 603 can drive and control the light-emitting element 101 in an appropriate form in consideration of the signal input from the position detection sensor 606 and the stored table data.
[0062]
In this manner, according to the present embodiment, the one-dimensionally arranged light beam 105 from the plurality of light emitting elements 101 reciprocates along the support guide 103 at a high speed (for example, a frame frequency of 30 Hz). By irradiating the fluorescent substance 104 to be observed, it becomes possible to display a two-dimensional image using the influence of the afterimage at the viewpoint of the observer.
[0063]
Next, variations of the display device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 7A shows a xy cross section of the display device of FIG. As described above, this is an example in which the light beam 105 that is arranged in the x direction and propagates in the y direction is displayed in the display direction (z direction) by the phosphor 104 that moves in the ± y directions.
[0064]
FIG. 7A shows an example in which one phosphor 104 is arranged for one light emitting element 101, but a plurality of phosphors may be used for one light emitting element, or a plurality of phosphors may be used for one light emitting element. A single phosphor may be provided for the light emitting element.
[0065]
In the latter case, as shown in FIG. 7B, there is an example in which one phosphor 104 is irradiated with a light beam 105 from two directions of two light emitting elements 101 and 101b. That is, as shown in FIG. 7B, the light emitting elements 101 and 101b may be arranged at both ends of the support guide 103, and the light beam 105 from both sides may be irradiated on one phosphor 104. In this case, one phosphor 104, that is, light from two light emitting elements can be irradiated at one pixel position, so that a brighter display device can be obtained.
[0066]
In FIG. 7B, the phosphor 104 has an elliptical spherical shape. Of course, other shapes including a spherical shape may be used.
[0067]
Further, in the configuration of FIG. 7A, the phosphor 104 is moved in the display surface direction, that is, in the y direction. However, in the example shown in FIG. 7C, the phosphor 104 is moved in the vertical direction (z Direction). In this configuration, one phosphor 104 is arranged for each pixel, and the phosphor 104 is moved up and down in the z direction. The upper position is a position where the phosphor 104 is irradiated on the light path of the light beam 105, and the lower position is a position retracted from the light path of the light beam 105. In FIG. 7C, the ON pixel at which the phosphor 104 is located at the upper position is sequentially shifted in the y direction, so that the light beam 105 at each x position excites the phosphor 104 so that the y position is y. Scanning in the direction, pixel information at arbitrary x and y positions can be displayed. In FIG. 7C, the phosphor 104 has a truncated cone shape, but may have another shape such as a spherical shape.
[0068]
Also in the example shown in FIG. 7C, any actuator means can be applied as a driving means of the phosphor 104, a method of moving the phosphor 104 using a flow of gas, liquid, or the like, And a method of moving the phosphor 104 remotely using a magnetic force, a method of moving the phosphor 104 using an ultrasonic motor or a piezoelectric element, or the like. The electric circuit portion of the display device shown in FIG. 7C can basically use the one shown in FIG. However, since the control circuit 603 knows which phosphor 104 is at a position to be irradiated on the optical path, the phosphor position sensor 606 is not required.
[0069]
By the way, in the configuration of FIG. 1, the light emitting element 101 is arranged at the end of the display unit. However, as shown in FIG. 9, a control unit which arranges the light emitting element 101, the light emitting element driving circuit, the phosphor driving circuit, and the like. 902 and a display unit 901 in which the phosphor 104 is disposed, and a light guide cable 903 formed from a plurality of light guides is used to guide the light beams from the respective light emitting elements 101 to the display unit 901. A configuration is also possible. In the configuration of FIG. 9, a fluid drive line 904 for connecting a fluid for driving the phosphor 104 to the display unit 901 is also provided between the control unit 902 and the display unit 901. The display unit 901 having such a configuration is characterized in that the fine phosphor 104 only moves at high speed along the support guide, and the display unit 901 does not require electrical wiring.
[0070]
Further, in the display device of the above-described embodiment, the screen portion can be configured only by the transparent material and the minute phosphor 104, so that the display portion can be transparent. That is, a see-through display can be realized. By configuring the support guide 103 with a bendable one, a display device having a flexible display unit, that is, a flexible display can also be provided.
[0071]
Furthermore, a three-dimensional display can be obtained by arranging a plurality of the above-described transparent display units in an overlapping manner. For example, as shown in FIG. At this time, the light emitting elements 101 are two-dimensionally arranged on the xz plane, and the two-dimensionally arranged light beam 105 emitted from the light emitting element 101 propagates in the y direction to excite each phosphor 104 and display in the z direction. Will do. Since the amount of light excited at the positions Px, Py, and Pz by the phosphor 104 can be set, a three-dimensional display is possible.
[0072]
The display device is used as various display devices such as a display device of a television broadcast, a display of a computer or a mobile phone, and a head-mounted display.
[0073]
Next, an embodiment in which the light emitting mechanism of the present invention is applied to a light source device will be described.
Drawings such as FIG. 7 are also schematic cross-sectional views illustrating some examples of the planar light source of the present invention. The parts visible in the drawings such as FIG. 7 are the same for the display device and the light source device. In FIG. 7, 101 (101b) is a light emitting element, 102 is a transparent medium, 103 is a support guide, 104 is a phosphor, and 105 is a light beam. The configuration of the light source is in accordance with the above-described display device. A plurality of light beams 105 emitted from a plurality of light emitting elements 101 are arranged in a line along a propagation path formed by a transparent medium 102 and a support guide 103. The light propagates in the y direction, and light is emitted in the z direction by the phosphors 104 arranged corresponding to the respective light beams 105. Thus, the light from the light emitting elements 101 arranged in a line is scanned to form a planar light source. In the light source, the light emitting element does not need to be modulated, the image input unit 604 and the phosphor position sensor 606 in FIG. 6 can be omitted, and the control circuit 603 can be much simpler than that of the display device.
[0074]
In the light sources shown in FIGS. 7A and 7B, the light emitting element 101, a plurality of phosphors 104 that emit light when excited by the light beam 105 emitted from the light emitting element 101, and guide means for guiding the phosphor 104. And a driving unit (phosphor driving circuit 605 in FIG. 6) for moving the phosphor 104 along the direction in which the support guide 103 extends (here, the y direction). The light beam 105 is configured to excite the phosphor at each position of the phosphor 104 in the guide means 103 and emit light in a substantially constant direction with respect to the elongation direction (here, the y direction). The object to be irradiated is irradiated with the light emitted in 104.
[0075]
FIG. 7A shows an example in which one light emitting element 104 is arranged at one end of the support guide 103 for one phosphor 104, and FIG. In this example, two light emitting elements 101 and 101b are arranged at both ends of a support guide 103.
[0076]
FIG. 7C shows a light emitting element 101, a plurality of phosphors 104 which emit light when excited by a light beam 105 emitted from the light emitting element 101, and a support guide 103 which is a guide means for guiding each phosphor 104. Driving means for moving each phosphor 104 along the guide means (here, the z direction) between a light emitting position excited by the light beam 105 to emit light and a retracted position not excited by the light beam 105 (FIG. 6) A phosphor driving circuit 605) is provided to irradiate an irradiation target with light emitted from the plurality of phosphors 104.
[0077]
An ultraviolet light source or the like is used for the light emitting element 101, and a laser diode (LD), an LED, an organic LED, plasma, or the like can be used. Depending on the configuration of the light source device, an LD having high luminous efficiency and high directivity is preferable among them.
[0078]
As shown in FIG. 9 in the display device, a control unit 902 including a light emitting element 101, a light emitting element driving circuit, a phosphor driving circuit, and the like, and a unit 901 including a phosphor 104 (light emission in the light source). Surface) are separately arranged, and a light guide cable 903 formed of a plurality of light guides is used to guide light beams from the respective light emitting elements 101 to the light emitting surface units.
[0079]
Further, in the above-described planar light source, the light emitting surface portion can be made of only the transparent material and the minute phosphor 104 for changing the optical path, so that the light emitting surface portion can be made transparent. That is, a see-through light source can be realized. Further, the light source described above can be a light source having a flexible light emitting surface, that is, a flexible planar light source, by forming the support guide 103 with a bendable one.
[0080]
Further, by arranging a plurality of the transparent light sources described above, a light source with high luminance can be obtained. In addition, a white light source can be obtained by arranging phosphors that emit R, G, and B fluorescence in an overlapping manner.
[0081]
The present light source can be used as various light sources such as a backlight for a liquid crystal display device, a facsimile, and a light source for a copying machine, in addition to a lamp or a fluorescent lamp.
[0082]
The above-described various embodiments are merely examples of the configuration of the light emitting mechanism, the display device, and the light source device according to the present invention, and the application of each device obtained by the present invention is not limited thereto. For example, a part related to a function unnecessary for the purpose of use may be omitted from the constituent elements. Conversely, additional components may be added depending on the purpose of use.
[0083]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with more specific examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, and its configuration, manufacturing method, and the like are not limited as long as it is included in the broad concept described above.
[0084]
"Example 1"
This embodiment is an example in which a 20 × 20 display device having the configuration shown in FIG. 1 is realized. The light beams 105 emitted from the light emitting elements 101 arranged in the x direction are arranged in a line along the propagation path formed by the transparent medium 102 and the support guide 103 and propagate in the y direction. The correspondingly arranged phosphors 104 are excited and emit light. As a result, light is emitted in the direction of the observer (z direction). The control circuit modulates each light emitting element 101 based on the image information data according to the movement of each phosphor 104 in the y direction. Thus, the observer in the z direction recognizes the image as a two-dimensional image due to the effect of the afterimage.
[0085]
In this embodiment, an InGaN-based violet laser diode having an emission wavelength of 401 nm and an output of 3 mW was used as the light emitting element 101. The violet laser is an LD array formed by arranging 20 lasers at a pitch of 1.5 mm.
[0086]
As the support guide 103, a polycarbonate (refractive index: 1.59) plate processed into a desired shape by resin molding was used. The size of the plate is 5 cm square, and 20 rectangular grooves each having a width of 1 mm, a depth of 1 mm, and a length of 40 mm as shown in FIG. 3A are formed at a pitch of 1.5 mm.
[0087]
As the phosphor 104, a steel ball having a 0.8 mm diameter phosphor material made of ZnO: Zn was used, and this was placed in the groove of the support guide 103. ZnO: Zn is ZnNO 3 It is formed by electroless plating using an aqueous solution containing dimethylamine borane and has a thickness of about 4 microns. In addition, a polycarbonate sheet having a thickness of 0.5 mm was bonded and sealed on the upper portion of the groove of the support guide 103. The inside of the groove, that is, the transparent medium 102 was evacuated by degassing and reducing the pressure from the hole connected to the groove.
[0088]
The laser diode 101 is arranged on the side surface of the support guide 103 so that the light beam 105 from the laser diode propagates through each transparent medium 102. Since the light of the laser diode 101 is excellent in straightness, it propagates preferentially through the transparent medium 104 over the size of the display area.
[0089]
As shown in FIG. 4A, a bar-shaped neodymium magnet 403 (length in the x direction: 40 mm, width in the y direction: 3 mm) is arranged close to the back side of the support guide plate 103. Placed on top. When the linear motor 402 is driven to periodically reciprocate the magnet 403 at 12 Hz, the phosphor 401 made of a steel ball to which a fluorescent material is attached moves following the movement of the neodymium magnet 403. At this time, almost no variation was observed between the movements of the 20 phosphor spheres.
[0090]
By applying the drive circuit 605 of FIG. 6 and driving the linear motor 402 to move the phosphor sphere 401 at 12 Hz in the y direction, the LD drive circuit 602 modulates the light emission intensity of the LD based on the image data. That is, by modulating the light emitting element 101 that outputs the light beam 105 propagating to the Px-th row in accordance with the position Py of y during the movement of the phosphor 401 in the Px-th row, the (Px, Py) position is obtained. The amount of light emitted was set and controlled. The phosphor 401 moves over a length of 40 mm in the y direction, and the central 30 mm length is used as a display area. At this time, the position and speed data of the phosphor 401 associated with the driving of the linear motor were stored as table data in the control circuit, and the light emitting element 101 was driven in view of the data. Thus, the observer recognizes the image as a two-dimensional image due to the effect of the afterimage. A moving image having a frame frequency of 24 Hz is formed corresponding to the scanning of the phosphor 401.
[0091]
It was confirmed that a desired image could be displayed on the display device of this example. That is, a laser display device having a new configuration has been realized in which a phosphor 401 in which a fluorescent material is coated on a steel ball is moved and excited by laser light. The image was bright enough and a clear video could be displayed. Further, the display device of this example did not require a matrix wiring or the like, and could be manufactured easily and at low cost. Furthermore, the display device was resistant to vibration.
[0092]
"Example 2"
The present embodiment is an example in which a phosphor is driven by a fluid flow to realize a 40 × 40 display device.
[0093]
In this embodiment, the same light emitting element 101 as that in Embodiment 1 was used. The violet laser is an LD array formed by arranging 40 lasers at a pitch of 1.2 mm.
[0094]
As the support guide 103, a glass capillary was used. The length of the glass capillary is 70 mm, the inner diameter is 0.9 mm, and the outer diameter is 1.1 mm. In the glass capillary 103, a glass sphere coated with a 0.8 mm diameter fluorescent material was disposed as the fluorescent substance 104. As the fluorescent material, (Zn, Cd) S: Ag was used for red, ZnS; Cu, Al was used for green, and ZnS: Ag was used for blue. The fluorescent material was a powder having an average particle size of about 7 μm. The powder was added to an aqueous solution of polybunyl alcohol as a binder and coated on glass spheres.
[0095]
Inside the glass capillary end, a capillary with a smaller diameter (length: 5 mm, inner diameter: 0.5 mm, outer diameter: 0.7 mm) was fixed. This small diameter capillary acts as a stopper for the phosphor 104, and the phosphor moves within a range of 60 mm in length. Forty glass capillaries 103 having the phosphors 104 were arranged on a glass substrate at a pitch of 1.2 mm.
[0096]
The laser diode 101 was arranged on the side surface of a glass capillary 103 serving as a support guide so that a light beam 105 from the laser diode propagated through each transparent medium (air) 102. The transparent medium 102, that is, the inside of the capillary is air, and by controlling the flow of this air, the phosphor 104 reciprocates in the capillary 103. The air flow is driven by the method shown in FIGS. 5C and 5D. A cylinder-type pressure control unit 504 is provided at one end of the capillary 103, and the pressure is raised and lowered, so that the air flow moves right and left. Repeated. At the other end of the capillary 103, an air vent hole is provided corresponding to the fluid reservoir 505. That is, when the pressure of the pressure control unit 504 increases, the air 102 flows to the left in FIG. 5C, and the phosphor 104 also moves to the left. Conversely, when the pressure of the pressure control unit 504 becomes negative, the air 102 flows rightward in FIG. 5C, and the phosphor 104 also moves rightward. As a result, the phosphor sphere 104 reciprocates at 15 Hz in the y direction.
[0097]
While moving the phosphor 104, the light emission intensity of the LD 101 was modulated by the LD drive circuit based on the image data. At this time, the position and speed data of the phosphor 104 associated with the airflow driving were stored in advance as table data, and the light emitting element 101 was driven in view of the data. The phosphor 104 was reciprocated over a distance of 60 mm, and a central 48 mm range was used as a display area. The position of the phosphor 104 was monitored by disposing a light receiving element as a sensor for detecting the position of the phosphor in the non-display area at the end. In this position sensing, the light emitted from the phosphor was used as the light source. The movement of the phosphor 104 is appropriately controlled based on the position monitor information. That is, the feedback control of the pressure control unit 504 enhances the certainty of the movement of the phosphor 104. Further, the position monitor information was used for driving the light emitting element 101 and correcting the modulation. As a result, a relatively stable moving image having a frame frequency of 30 Hz was formed.
[0098]
It was confirmed that the display device of the present example can also display a desired image. That is, a thin, full-color laser display device having a new configuration in which the phosphor 104 is moved to excite the phosphor 104 with laser light has been realized. The image was bright enough and a clear video could be displayed. The display device of this example also could be manufactured easily and at low cost without requiring a matrix wiring or the like. Another feature is that no electric wiring is used in the display area.
[0099]
"Example 3"
In the present embodiment, the configuration is the same as that of the second embodiment, except that a fluorinated resin (refractive index: 1.45) is used as a support guide 103 in a capillary tube and glycerin (refractive index: 1.47) is used as a transparent medium 102 Was charged. In addition, an InGaN ultraviolet LED (peak wavelength: 388 nm, output: 2 mW) was used as the light emitting element. As the phosphor, a capsule filled with a fluorescent material as shown in FIG. 2D was used. As a fluorescent material, Alq which is an organic light emitting material is used. 3 Was used. The phosphor 104 was driven to reciprocate at 8 Hz according to Example 2 using a liquid flow control method.
[0100]
In this embodiment, by using the transparent medium (glycerin) 102 having a refractive index slightly smaller than that of the capillary which is the support guide 103, a refractive index waveguide structure is obtained, and the light beam 105 is effectively placed in the medium 102. Propagated. As a result, a good image could be formed even when an LED having a lower directivity than the LD was used as the light emitting element.
[0101]
In addition, since the difference in the refractive index between the support guide 103 and the transparent medium 102 is small, the transparency of the external light is excellent, so that the reflection of the external light can be suppressed, and a display device with excellent image visibility can be obtained. This display device is a so-called see-through display that is transparent when not displayed and allows the back side to be viewed when displayed. Further, in the present embodiment, since the support guide 103 is formed of a bendable capillary tube, the display section can be bent. That is, it is a so-called flexible display.
[0102]
"Example 4"
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a control unit 902 in which a light emitting element 101, a light emitting element driving circuit, a phosphor driving circuit and the like are disposed, and a display unit 901 in which the phosphor 104 is disposed are separately disposed. The respective light emitting elements 101 and the transparent medium 102 of the display unit 901 were connected by using a light guide cable 903 formed by arranging a plurality of light guides.
[0103]
The configuration of the display unit 901 is according to the second embodiment. However, the phosphor 104 had an elliptical spherical shape (major axis diameter 0.9 mm, minor axis diameter 0.7 mm). The light guide used a plastic optical fiber, which was connected to the inside of a capillary, so that light propagated through the fiber was coupled to the transparent medium 102. That is, the light beam 105 emitted from the laser 101 of the control unit 902 propagates through the light guide cable 903, and then propagates through the air (transparent medium) 102 in the glass capillary (support guide) 103, and the fluorescent substance 104 To excite. The phosphor 104 is moved by a controlled airflow via a fluid drive line 904 connected from the control unit 902. The observer recognizes the light from the phosphor 104 as a two-dimensional image under the influence of the afterimage. That is, by using the movement of the phosphor 104, a two-dimensional image is formed from the light beams 105 arranged in a line.
[0104]
Such a configuration is preferable because the configuration of the display unit 901 can be simplified. Further, by making the connection between the display unit 901, the light guide cable 903, and the control unit 902 detachable, a display device with excellent usability can be obtained. Further, in such a configuration, in the display unit 901, only the minute phosphor 104 moves at high speed, and the display unit 701 does not require electrical wiring.
[0105]
"Example 5"
Although the above embodiment is a display device, the present embodiment is an example in which the light source shown in FIG. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the second embodiment, but an LED is used as the light emitting element 101. The LED 101 was simply driven continuously, the phosphor 104 was reciprocated at 15 Hz, and no particular position control was performed. Accordingly, a thin planar light source having a new configuration in which the phosphor 104 is moved to scan light with a line is realized.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, various devices can be realized with a simple configuration using a light emission mechanism having a simple configuration in which the phosphor moves along the guide means.
[0107]
That is, a thin display device can be realized by a display unit having a simple configuration including the phosphor, the support guide, and the transparent medium. Here, the display unit does not require a matrix electric wiring or a TFT transistor for each pixel. Further, a display device capable of displaying a relatively bright image can be obtained by simply arranging one excitation light emitting element per pixel row (column). Further, the display device is resistant to vibration. Depending on the configuration, a flexible display, a see-through display, or a three-dimensional display device can be easily realized. In addition, since various phosphors can be excited, color display can be designed flexibly while using the same kind of light emitting element.
[0108]
Further, a thin light source device can be realized with a simple configuration of the phosphor, the support guide, and the transparent medium. Even with the configuration of the light source device, a flexible light source or a see-through light source can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a display device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a structural example of a phosphor used in the device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a support guide used in the apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a method of moving a phosphor (an example using magnetic force).
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of moving a phosphor (an example using a fluid flow).
FIG. 6 is a block diagram illustrating an overall configuration example of a display device according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating some configuration examples of the display device of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of the stereoscopic display device of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the display device of the present invention including a display unit, a control unit, and a light guide cable.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional display device.
[Explanation of symbols]
101 light emitting element
102 Transparent medium
103 Support Guide
104 phosphor
105 ray bundle
201 Fluorescent material
202 spheres such as glass and resin
203 magnetic material
204 transparent capsule
401 Phosphor having magnetic material
402 linear motor
403 magnet
404 magnetic field generation electrode
501 solenoid valve
502 Low pressure part
503 High pressure section
504 Pressure control unit
505 Fluid pool
601 Display panel
602 Light emitting element drive circuit
603 control circuit
604 Image input unit
605 phosphor driving circuit
606 phosphor position sensor
901 display unit
902 control unit
903 light guide cable
904 fluid drive line

Claims (33)

入射光により励起されて光を発する蛍光体と、該蛍光体を案内するガイド手段と、該蛍光体を該ガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有し、該ガイド手段における該蛍光体の各位置において該伸長方向に対してほぼ一定の方向から入射光が照射される様に、蛍光体とガイド手段が構成されていることを特徴とする光放射機構。A phosphor that emits light when excited by incident light; a guide that guides the phosphor; and a driving unit that moves the phosphor along an extension direction of the guide. A light emitting mechanism comprising a phosphor and a guide means configured to irradiate incident light at a substantially constant direction with respect to the extension direction at each position. 複数の蛍光体が設けられ、各蛍光体に対して、1つのガイド手段が備えられ、該複数のガイド手段は互いに平行に伸びていることを特徴とする請求項1記載の光放射機構。The light emitting mechanism according to claim 1, wherein a plurality of phosphors are provided, and one guide unit is provided for each phosphor, and the plurality of guide units extend in parallel with each other. 蛍光体と共に、入射光を散乱してその伝播方向を変える散乱体が設けられ、散乱体に対しても1つのガイド手段が備えられ、蛍光体と散乱体との複数のガイド手段は互いに平行に伸びていることを特徴とする請求項1または2記載の光放射機構。A scatterer that scatters incident light and changes its propagation direction is provided together with the phosphor, and one guide is provided for the scatterer, and the plurality of guides of the phosphor and the scatterer are parallel to each other. The light emitting mechanism according to claim 1, wherein the light emitting mechanism is extended. 前記入射光がガイド手段の伸長方向に沿って進行ないし導波する様に構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光放射機構。The light emitting mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein the incident light is configured to travel or guide along the extension direction of the guide means. 前記蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光がガイド手段の伸長方向に対して略垂直方向に向けられる様に構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の光放射機構。The light emitted from the phosphor or the light scattered by the scatterer is configured to be directed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the guide means extends. Light emission mechanism according to 1. 前記複数の蛍光体または散乱体は所定の相対関係を保って夫々のガイド手段に沿って移動する様に構成されていることを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記載の光放射機構。6. The light emitting mechanism according to claim 2, wherein the plurality of phosphors or scatterers are configured to move along respective guide means while maintaining a predetermined relative relationship. . 入射光により励起されて光を発する蛍光体と、該蛍光体を案内するガイド手段と、該入射光で励起されて光を発する発光位置と該入射光で励起されない退避位置との間で蛍光体をガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有することを特徴とする光放射機構。A phosphor excited by the incident light to emit light, a guide means for guiding the phosphor, and a phosphor disposed between a light emitting position excited by the incident light to emit light and a retracted position not excited by the incident light. A light emitting mechanism having driving means for moving the guide member along the direction in which the guide means extends. 蛍光体と共に、入射光を散乱してその伝播方向を変える散乱体が設けられ、散乱体に対してもガイド手段が備えられ、該入射光を散乱できる散乱位置と該入射光を散乱できない退避位置との間で散乱体をガイド手段の伸長方向に沿って動かす駆動手段を有することを特徴とする請求項7記載の光放射機構。A scatterer that scatters incident light to change its propagation direction is provided together with the phosphor, and a guide unit is also provided for the scatterer, and a scattering position where the incident light can be scattered and a retreat position where the incident light cannot be scattered. 8. The light emitting mechanism according to claim 7, further comprising a driving means for moving the scatterer along the extension direction of the guide means between the light emitting device and the light emitting device. 複数の蛍光体または散乱体が設けられ、各蛍光体または散乱体に対して1つのガイド手段が備えられ、該複数のガイド手段は、前記入射光の伝播方向に沿って、該伝播方向と非平行に伸びて互いに平行に配列されていることを特徴とする請求項7または8記載の光放射機構。A plurality of phosphors or scatterers are provided, and one guide means is provided for each phosphor or scatterer. 9. The light emitting mechanism according to claim 7, wherein the light emitting mechanism extends in parallel and is arranged in parallel with each other. 前記複数のガイド手段は2次元的に配列されていることを特徴とする請求項9記載の光放射機構。The light emitting mechanism according to claim 9, wherein the plurality of guide means are two-dimensionally arranged. 前記散乱体は、ガイド手段の伸長方向に対して実質的に略一定の姿勢を保って該ガイド手段の伸長方向に沿って動かされることを特徴とする請求項3,4,5,6,8,9,10の何れかに記載の光放射機構。9. The scatterer is moved along a direction in which the guide means extends while maintaining a substantially constant posture with respect to the direction in which the guide means extends. , 9, and 10. 前記蛍光体または散乱体は、ガイド手段により運動方向を一方向に制限され、透明媒体内を運動することを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の光放射機構。The light emitting mechanism according to any one of claims 1 to 11, wherein a movement direction of the phosphor or the scatterer is restricted to one direction by a guide means, and moves in a transparent medium. 前記ガイド手段はチューブ形状を有し、該チューブ内を蛍光体または散乱体が運動することを特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載の光放射機構。The light emitting mechanism according to any one of claims 1 to 12, wherein the guide unit has a tube shape, and a phosphor or a scatterer moves in the tube. 前記蛍光体または散乱体は略球形状を有することを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の光放射機構。14. The light emitting mechanism according to claim 1, wherein the phosphor or the scatterer has a substantially spherical shape. 前記蛍光体または散乱体の運動は、ガイド手段内の流体である透明媒体の流れにより制御されることを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載の光放射機構。15. The light emitting mechanism according to claim 1, wherein the movement of the phosphor or the scatterer is controlled by a flow of a transparent medium which is a fluid in the guide means. 前記蛍光体または散乱体は磁性材料を有して成り、蛍光体または散乱体に作用する磁場を制御することで該蛍光体または散乱体の運動を制御することを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載の光放射機構。15. The phosphor or scatterer according to claim 1, wherein the phosphor or the scatterer is made of a magnetic material, and the movement of the phosphor or the scatterer is controlled by controlling a magnetic field acting on the phosphor or the scatterer. The light emitting mechanism according to any one of the above. 前記透明媒体の屈折率がガイド手段の屈折率より大きいことを特徴とする請求項12乃至16の何れかに記載の光放射機構。17. The light emitting mechanism according to claim 12, wherein a refractive index of said transparent medium is larger than a refractive index of said guide means. 前記ガイド手段は屈曲可能なものとして構成されていることを特徴とする請求項1乃至17の何れかに記載の光放射機構。18. The light emitting mechanism according to claim 1, wherein said guide means is configured to be bendable. 前記ガイド手段及び透明媒体は、可視光に対して透明な材料で構成されていることを特徴とする請求項12乃至18の何れかに記載の光放射機構。19. The light emitting mechanism according to claim 12, wherein the guide means and the transparent medium are made of a material transparent to visible light. 請求項1乃至6及び11乃至19の何れかに記載の光放射機構と、発光素子を有し、該発光素子からの伝播光がガイド手段における蛍光体または散乱体の各位置において前記伸長方向に対してほぼ一定の方向から照射される様に、蛍光体または散乱体とガイド手段が構成され、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする表示装置。20. A light emitting device according to claim 1, further comprising: a light emitting element; and a propagating light from the light emitting element is arranged in the extending direction at each position of the phosphor or the scatterer in the guide means. A phosphor or a scatterer and guide means are configured so as to be irradiated from a substantially constant direction with respect to the light, and a display is performed by light emitted from the phosphor or light scattered by the scatterer. A display device. 複数の蛍光体または散乱体が設けられ、各蛍光体または散乱体に対して、1つのガイド手段と少なくとも1つの発光素子が備えられ、該複数のガイド手段は互いに平行に伸びていることを特徴とする請求項20記載の表示装置。A plurality of phosphors or scatterers are provided, and one guide means and at least one light emitting element are provided for each phosphor or scatterer, and the plurality of guide means extend parallel to each other. The display device according to claim 20, wherein: 前記発光素子から発せられる伝播光がガイド手段の伸長方向に沿って進行ないし導波する様に、発光素子はガイド手段の端部に配置されていることを特徴とする請求項20または21記載の表示装置。22. The light-emitting device according to claim 20, wherein the light-emitting device is disposed at an end of the guide device so that propagation light emitted from the light-emitting device travels or is guided along the extension direction of the guide device. Display device. 前記発光素子から発せられる光量を変調する変調手段と、前記蛍光体または散乱体のガイド手段における位置を検出する検出手段を更に有し、蛍光体または散乱体のガイド手段における位置、及び表示情報信号に基づいて変調手段が制御されて、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする請求項20乃至22の何れかに記載の表示装置。Modulating means for modulating the amount of light emitted from the light emitting element, and detecting means for detecting the position of the phosphor or scatterer in the guide means, the position of the phosphor or scatterer in the guide means, and a display information signal 23. The display device according to claim 20, wherein the modulation means is controlled based on the control signal so that the display is performed by the light emitted from the phosphor or the light scattered by the scatterer. The display device according to the above. 請求項7乃至19の何れかに記載の光放射機構と、前記入射光を発する発光素子を有し、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする表示装置。20. A light emitting mechanism according to claim 7 and a light emitting element for emitting the incident light, wherein display is performed by light emitted from a phosphor or light scattered by a scatterer. A display device characterized by being performed. 複数の蛍光体または散乱体が設けられ、各蛍光体または散乱体に対して1つのガイド手段が備えられ、該複数のガイド手段は、発光素子からの光の伝播方向に沿って、該伝播方向と非平行に伸びて互いに平行に配列されていることを特徴とする請求項24記載の表示装置。A plurality of phosphors or scatterers are provided, and one guide means is provided for each of the phosphors or scatterers, and the plurality of guide means are arranged in the propagation direction along the propagation direction of light from the light emitting element. 25. The display device according to claim 24, wherein the display device extends in a direction not parallel to and is arranged in parallel with each other. 前記発光素子から発せられる光量を変調する変調手段を更に有し、蛍光体または散乱体のガイド手段における位置、及び表示情報信号に基づいて変調手段が制御されて、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で表示が行なわれる様に構成されていることを特徴とする請求項24または25記載の表示装置。Modulating means for modulating the amount of light emitted from the light emitting element, the position of the phosphor or scatterer in the guide means, and the modulating means is controlled based on the display information signal, the light emitted by the phosphor or 26. The display device according to claim 24, wherein display is performed using light scattered by the scatterer. 前記発光素子はレーザダイオードであることを特徴とする請求項20乃至26の何れかに記載の表示装置。The display device according to any one of claims 20 to 26, wherein the light emitting element is a laser diode. 前記ガイド手段を屈曲可能なものとして構成することで、表示エリアが屈曲可能であることを特徴とする請求項20乃至27の何れかに記載の表示装置。The display device according to any one of claims 20 to 27, wherein the display area is bendable by configuring the guide means as bendable. 前記ガイド手段及び透明媒体は可視光に対して透明な材料で構成され、表示エリアが外光に対して透明であるシースルーディスプレイとして構成されていることを特徴とする請求項20乃至23及び27乃至28の何れかに記載の表示装置。28. The guide means and the transparent medium are made of a material transparent to visible light, and the display area is constituted as a see-through display transparent to outside light. 29. The display device according to any one of 28. 2次元配列した複数の発光素子と、該発光素子から発せられた2次元配列した光線束により励起されて光を発する複数の蛍光体または光線束を散乱してその伝播方向を変える散乱体と、該複数の発光素子から発せられる光量を変調する変調手段と、該光線束の配列方向面と垂直方向に該蛍光体または散乱体を動かす駆動手段を有して立体表示装置として構成されていることを特徴とする請求項20乃至23及び27乃至29の何れかに記載の表示装置。A plurality of two-dimensionally arranged light emitting elements, a plurality of phosphors which are excited by the two-dimensionally arranged light flux emitted from the light emitting elements and emit light, or a scatterer which scatters the light flux and changes its propagation direction, The device is configured as a stereoscopic display device including a modulator that modulates the amount of light emitted from the plurality of light emitting elements, and a driver that moves the phosphor or the scatterer in a direction perpendicular to a plane in which the light beams are arranged. The display device according to any one of claims 20 to 23 and 27 to 29, wherein: 複数の発光素子と該複数の発光素子を変調する変調手段を有する制御ユニットと、該複数の発光素子からの光を伝播する光ガイドケーブルと、該制御ユニットから該光ガイドケーブルを伝播してきた複数の光線束を用いて画像を形成する表示ユニットを有し、該表示ユニットは、該光ガイドケーブルを伝播してきた光線束を配列して表示面内方向に伝播する透明媒体と該光線束により励起されて光を発する蛍光体または該光線束を散乱してその伝播方向を変える散乱体とを有してなることを特徴とする請求項20乃至30の何れかに記載の表示装置。A control unit having a plurality of light emitting elements and a modulating means for modulating the plurality of light emitting elements; a light guide cable for transmitting light from the plurality of light emitting elements; and a plurality of light guide cables for transmitting the light guide cable from the control unit. A display unit for forming an image using the light beam of the light guide cable. The display unit is arranged by arranging the light beam that has propagated through the light guide cable, and is excited by the transparent medium that propagates in the display surface direction and the light beam. The display device according to any one of claims 20 to 30, further comprising: a phosphor that emits light and scatters the light beam to change its propagation direction. 請求項1乃至6及び11乃至19の何れかに記載の光放射機構と、前記入射光を発する発光素子を有し、該発光素子からの伝播光がガイド手段における蛍光体または散乱体の各位置において前記伸長方向に対してほぼ一定の方向から照射される様に、蛍光体または散乱体とガイド手段が構成され、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で照射する様に構成されていることを特徴とする光源装置。20. A light emitting mechanism according to any one of claims 1 to 6 and 11 to 19, and a light emitting element that emits the incident light, and light propagating from the light emitting element is located at each position of a phosphor or a scatterer in a guide unit. In the above, a phosphor or a scatterer and guide means are configured so as to be irradiated from a substantially constant direction with respect to the elongation direction, so that the light is emitted by the phosphor or the light scattered by the scatterer. A light source device characterized by being constituted. 請求項1乃至19の何れかに記載の光放射機構と、前記入射光を発する発光素子を有し、蛍光体で発せられた光または散乱体で散乱された光で照射する様に構成されていることを特徴とする光源装置。A light emitting mechanism according to any one of claims 1 to 19, and a light emitting element that emits the incident light, wherein the light emitting mechanism is configured to irradiate with light emitted by a phosphor or light scattered by a scatterer. A light source device.
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