JP2007286534A - 波長シフト型光制御素子及びその製造方法、平面型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層3と、屈折率が可変である強誘電体膜と該強誘電体膜と屈折率の異なる透明薄膜とが積層されてなる透過波長シフト層2と、前記強誘電体膜の屈折率を変化させる屈折率制御手段4とを備え、屈折率制御手段4が透過波長シフト層2の少なくとも一部の強誘電体膜の屈折率を変化させることにより、前記特定波長領域の光を透過または遮蔽する。
【選択図】図2
Description
以上のように、簡便な手法により液晶に代わる光制御素子及び該光制御素子を形成する技術が切望されている。
(1)特定波長領域の光の透過状態;透過波長シフト層が特定波長Bを含む波長領域(波長領域A)の光を透過し、さらにカラーフィルター層がその透過光のうち、特定波長領域Bの光を透過する状態。
(2)特定波長領域の光の遮蔽状態;透過波長シフト層がフォトニックバンド波長のシフトにより前記波長領域Bの光は透過せず、該波長領域Bとは異なる波長領域A´の光を透過し、さらにカラーフィルター層がその透過光を透過しない状態。
これに対して、本発明の波長シフト型光制御素子では、透過波長シフト層は特定波長領域のみに着目して透過率を制御するだけで達成可能である。
図2は、本発明に係る波長シフト型光制御素子の構成を示す断面概略図である。
図2に示すように、波長シフト型光制御素子Aは、入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層3と、屈折率が可変である強誘電体膜と該強誘電体膜と屈折率の異なる透明薄膜とが積層されてなる透過波長シフト層2と、前記強誘電体膜の屈折率を変化させる屈折率制御手段4とを備え、屈折率制御手段4が透過波長シフト層2の少なくとも一部の強誘電体膜の屈折率を変化させることにより、前記特定波長領域の光を透過または遮蔽するものである。
波長シフト型光制御素子10は、透明基板11上に、屈折率が可変である強誘電体膜12aと強誘電体膜12aと屈折率の異なる透明導電膜12bとが交互に積層され強誘電体膜12aそれぞれの両面に透明導電膜12bが配置されている透過波長シフト層12と、入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層13とが積層されており、屈折率制御手段の一態様として透明導電膜12bそれぞれは電源14aに電気的に接続され、透過波長シフト層12の少なくとも一部の強誘電体膜12aに電圧が印加できるようになっている。
波長シフト型光制御素子10は、後述の平面型表示装置においてサブ画素の1つを構成するものであり、図中、強誘電体膜12aの領域が赤色、緑色、青色のいずれかの色が表示されたり、黒く表示されたりする。
(S11)透明基板11上に透明導電膜12bを形成する。
(S12)透明導電膜12bを結晶化させるための熱処理を行う。このとき、透明導電膜12bからの酸素の離脱を抑制するために酸素濃度が18%以上の雰囲気中で加熱処理することが好ましく、酸素濃度100%のときが最も好ましい。また、加熱温度としては600〜800℃の範囲内がよい。
(S13)ステップS11の透明導電膜12b上に強誘電体膜12aを形成する。
(S14)ステップS13の強誘電体膜12a上に透明導電膜12bを形成する。
(S15)強誘電体膜12a及び透明導電膜12bを結晶化させるための熱処理を行う。このとき、強誘電体膜12a及び透明導電膜12bからの酸素の離脱を抑制するために酸素濃度が18%以上の雰囲気中で加熱処理することが好ましく、酸素濃度100%のときが最も好ましい。また、加熱温度としては600〜800℃の範囲内がよい。結晶化を促進させるためには600℃以上が必要であり、強誘電体膜12a、透明導電膜12b間の拡散を抑制するためには800℃以下であることが必要である。
(S16)最表層の透明導電膜12b上に、ステップS13,S14の処理を所定回数行い、所望の積層数の透過波長シフト層12を得る。
(S17)透過波長シフト層12上にカラーフィルター層13を形成する。
(S18)透過波長シフト層12の所定の透明導電膜12bと電源14aとを接続して、波長シフト型光制御素子10を完成する。
図8は、本発明の第2の実施の形態としての波長シフト型光制御素子の断面構成図である。
波長シフト型光制御素子20は、透明基板11上に、屈折率が可変である強誘電体膜12aと強誘電体膜12aと屈折率の異なる透明薄膜22bとが交互に積層された透過波長シフト層22と、入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層13と、透明基板15とが積層されており、屈折率制御手段の一態様として透過波長シフト層22の少なくとも一部の強誘電体膜12aの端面に接して設けられる変形部24aと該変形部24aと電気的に接続された電源24bとを有し、電源24bから変形部24aに電圧を印加して該変形部24aを変形させるようになっている。なお、透明基板11、強誘電体膜12a、カラーフィルター層13は第1の実施の形態で示したものと同じものである。また、透明基板15は透明基板11と同じでよい。
図9は、本発明の第3の実施の形態としての波長シフト型光制御素子の断面構成図である。
波長シフト型光制御素子30は、透明基板11上に、屈折率が可変である強誘電体膜12aと強誘電体膜12aと屈折率の異なる透明薄膜22bとが交互に積層された透過波長シフト層32と、入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層13と、透明基板15とが積層されており、屈折率制御手段の一態様としてレーザー照射ユニット34を有し、レーザー照射ユニット34から透過波長シフト層32の少なくとも一部の強誘電体膜12aの端面にレーザー光を照射可能になっている。なお、透明基板11、強誘電体膜12a、カラーフィルター層13は第1の実施の形態で示したものと同じものであり、透明基板15、透明薄膜22bは第2の実施の形態で示したものと同じものである。
図10は、本発明の第4の実施の形態としての波長シフト型光制御素子の断面構成図である。
波長シフト型光制御素子40は、透明基板11上に、屈折率が可変である強誘電体膜12aと強誘電体膜12aと屈折率の異なる透明薄膜22bとが交互に積層された透過波長シフト層42と、入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層13と、透明基板15とが積層されており、屈折率制御手段の一態様として透過波長シフト層42の少なくとも一部の強誘電体膜12aの端面に近接して設けられる磁場印加コイル44aと該磁場印加コイル44aと電気的に接続された電源44bとを有し、電源44bから磁場印加コイル44aに通電して該磁場印加コイル44aから磁界を発生させるようになっている。なお、透明基板11、強誘電体膜12a、カラーフィルター層13は第1の実施の形態で示したものと同じものであり、透明基板15、透明薄膜22bは第2の実施の形態で示したものと同じものである。
図11は、本発明の平面型表示装置の断面構成図である。
平面型表示装置100は、前記本発明の波長シフト型光制御素子10,20,30,40のいずれかが平面上に配列されてなる表示モジュールと、前記表示モジュールの背面側に設けられ、該表示モジュールに光を照射するバックライトモジュール50とを備えることを特徴とするものである。図11においては、本発明の波長シフト型光制御素子のうち第1の実施の形態の波長シフト型光制御素子10を用いた構成を示しており、前記表示モジュールは、前記特定波長領域の光を赤色の波長領域の光とした波長シフト型光制御素子10Rと、前記特定波長領域の光を緑色の波長領域の光とした波長シフト型光制御素子10Gと、前記特定波長領域の光を青色の波長領域の光とした波長シフト型光制御素子10Bとを組み合わせたものを示している。本発明の平面型表示装置100はこの組合せを1画素単位としこれを平面状に配列してなるものである。例えばハイビジョン相当の平面型表示装置とするためには、この1画素単位を縦に1080個、横に1920個配列する。
(実施例1)
本発明の波長シフト型光制御素子10を以下の条件で作製した。
(1)透明基板11:石英基板
(2)透過波長シフト層12
・強誘電体膜12a
・・構成材料:PbLaZrTi
・・膜厚:100nm
・透明導電膜12b
・・構成材料:ITO(酸化インジウム錫)
・・膜厚:100nm
・積層数:21
(3)カラーフィルター層13
・波長630nmに透過率のピークをもつ光学多層膜
(S21)透明基板11上に透明導電膜12bをスパッタリング法により形成した。
(S22)ステップS21の透明導電膜12b上に強誘電体膜12aをスパッタリング法により形成した。
(S23)ステップS22の強誘電体膜12a上に透明導電膜12bをスパッタリング法により形成した。
(S24)総積層数が21となるように、最表層の透明導電膜12b上に、ステップS21〜S23の処理を所定回数行った。
(S24)強誘電体膜12a及び透明導電膜12bを結晶化させるための熱処理を行い、透過波長シフト層12を得た。このときの熱処理条件は次の通りとした。
・使用装置:RTA装置(Rapid Thermal Anneal)
・雰囲気:酸素 100%
・加熱温度:700℃
・加熱時間:15分
(S26)透過波長シフト層12上にカラーフィルター層13を形成した。
(S27)透過波長シフト層12の所定の透明導電膜12bと電源14aとを接続して、波長シフト型光制御素子10を完成した。
なお、波長シフト型光制御素子10のサンプルに代えて、図1に示す液晶シャッターを用いたものを比較例として応答速度を測定したところ、8msecであった。
本発明の波長シフト型光制御素子10を以下の条件で作製した。
(1)透明基板11:石英基板
(2)透過波長シフト層12
・強誘電体膜12a
・・構成材料:SrBaNb2O6
・・膜厚:70nm
・透明導電膜12b
・・構成材料:IZO(酸化インジウム亜鉛)
・・膜厚:70nm
・積層数:21
(3)カラーフィルター層13
・波長630nmに透過率のピークをもつ光学多層膜
(S31)透明基板11上に透明導電膜12bをスパッタリング法により形成した。
(S32)透明導電膜12bを結晶化させるための熱処理を行った。このときの熱処理条件は次の通りとした。
・使用装置:RTA装置
・雰囲気:酸素 100%
・加熱温度:700℃
・加熱時間:30分
(S33)透明導電膜12b上に強誘電体膜12aをスパッタリング法により形成した。
(S34)ステップS33の強誘電体膜12a上に透明導電膜12bをスパッタリング法により形成した。
(S35)強誘電体膜12a及び透明導電膜12bを結晶化させるための熱処理を行った。このときの熱処理条件は次の通りとした。
・使用装置:RTA装置
・雰囲気:酸素 100%
・加熱温度:700℃
・加熱時間:15分
(S36)総積層数が21となるように、最表層の透明導電膜12b上に、ステップS33〜S35の処理を所定回数行い、透過波長シフト層12を得た。
(S37)透過波長シフト層12上にカラーフィルター層13を形成した。
(S38)透過波長シフト層12の所定の透明導電膜12bと電源14aとを接続して、波長シフト型光制御素子10を完成した。
本発明の波長シフト型光制御素子10を以下の条件で作製した。
(1)透明基板11:石英基板
(2)透過波長シフト層12
・強誘電体膜12a
・・構成材料:nitro−aniline
・・膜厚:100nm
・透明導電膜12b
・・構成材料:ポリエチレンジオキシチオフェン
・・膜厚:100nm
・積層数:31
(3)カラーフィルター層13
・波長630nmに透過率のピークをもつ光学多層膜
(S41)透明基板11上に透明導電膜12bを蒸着法により形成した。
(S42)透明導電膜12b上に強誘電体膜12aをスピンオン法により形成した。
(S43)ステップS42の強誘電体膜12a上に透明導電膜12bを蒸着法により形成した。
(S44)総積層数が31となるように、最表層の透明導電膜12b上に、ステップS42、S43の処理を所定回数行い、透過波長シフト層12を得た。
(S45)透過波長シフト層12上にカラーフィルター層13を形成した。
(S46)透過波長シフト層12の所定の透明導電膜12bと電源14aとを接続して、波長シフト型光制御素子10を完成した。
Claims (15)
- 入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層と、屈折率が可変である強誘電体膜と該強誘電体膜と屈折率の異なる透明薄膜とが積層されてなる透過波長シフト層と、前記強誘電体膜の屈折率を変化させる屈折率制御手段とを備え、
前記屈折率制御手段が前記透過波長シフト層の少なくとも一部の強誘電体膜の屈折率を変化させることにより、前記特定波長領域の光を透過または遮蔽することを特徴とする波長シフト型光制御素子。 - 前記強誘電体膜は、フォトニック結晶構造を有することを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記強誘電体膜は、少なくともトリゴナル結晶系LiNbO3、トリゴナル結晶系LiTaO3、ペロブスカイト結晶系BaNaNb5O15、PbLaZrTi酸化物、PbLaLiZrTi酸化物、PbZrTi酸化物、KTiOPO4、KNbO3のいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記透明薄膜は導電性を有する透明導電膜であって、該透明導電膜が前記強誘電体膜それぞれの両面に設けられており、
前記屈折率制御手段は、前記透明導電膜を介して前記強誘電体膜に電圧を印加して該強誘電体膜の屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。 - 前記透明導電膜は、In2O3、SnO2、ZnO、CdO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4、Snが添加されたIn2O3、SbまたはFが添加されたSnO2、In,Ga,Alのいずれかが添加されたZnOのいずれかを少なくとも含んでなることを特徴とする請求項4に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記屈折率制御手段は、前記強誘電体膜の端面に接して設けられる変形部を有し、該変形部を変形させることにより前記強誘電体膜の結晶に歪を付与して該強誘電体膜の屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記屈折率制御手段は、レーザー光源を有し、該レーザー光源から前記強誘電体膜にレーザー光を照射して該強誘電体膜の屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記屈折率制御手段は、前記強誘電体膜に近接して設けられる磁場印加コイルを有し、該磁場印加コイルから前記強誘電体膜に磁界を印加して該強誘電体膜の屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記カラーフィルター層は、屈折率の異なる光学膜が積層されてなる光学多層膜であることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 前記特定波長領域の光は、赤色、緑色、青色のいずれかの波長領域の光であることを特徴とする請求項1に記載の波長シフト型光制御素子。
- 請求項1〜10のいずれか一に記載の波長シフト型光制御素子が平面上に配列されてなる表示モジュールと、前記表示モジュールの背面側に設けられ、該表示モジュールに光を照射するバックライトモジュールとを備えることを特徴とする平面型表示装置。
- 前記表示モジュールは、前記特定波長領域の光を赤色の波長領域の光とした前記波長シフト型光制御素子と、前記特定波長領域の光を緑色の波長領域の光とした前記波長シフト型光制御素子と、前記特定波長領域の光を青色の波長領域の光とした前記波長シフト型光制御素子とを組み合わせた1画素単位が配列されてなるものであることを特徴とする請求項11に記載の平面型表示装置。
- 入射光のうち特定波長領域の光を選択して透過するカラーフィルター層と、屈折率が可変である強誘電体膜と該強誘電体膜と屈折率の異なる透明導電膜とが交互に積層され前記強誘電体膜それぞれの両面に透明導電膜が配置されている透過波長シフト層と、前記透明導電膜を介して前記強誘電体膜に電圧を印加して該強誘電体膜の屈折率を変化させる屈折率制御手段とを備え、前記屈折率制御手段が前記透過波長シフト層の少なくとも一部の強誘電体膜の屈折率を変化させることにより、前記特定波長領域の光を透過または遮蔽する波長シフト型光制御素子の製造方法であって、
基板上に前記透明導電膜と強誘電体膜とを交互に形成する成膜工程と、前記透明導電膜及び強誘電体膜を結晶化させる熱処理工程とを含むことを特徴とする波長シフト型光制御素子の製造方法。 - 前記熱処理工程は、酸素濃度が18%以上の雰囲気中で加熱処理するものであることを特徴とする請求項13に記載の波長シフト型光制御素子の製造方法。
- 前記成膜工程と熱処理工程とを交互に行うことを特徴とする請求項13に記載の波長シフト型光制御素子の製造方法。
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JP2007310081A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Sony Corp | 光機能素子、カラー表示素子及び平面型表示装置 |
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JP2003344831A (ja) * | 2002-05-23 | 2003-12-03 | Sharp Corp | 表示装置 |
JP2005308787A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-11-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 表示装置 |
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- 2006-04-20 JP JP2006116384A patent/JP2007286534A/ja active Pending
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