JP2009086531A - Pixel substrate, spatial light modulator and manufacturing method of pixel substrate - Google Patents

Pixel substrate, spatial light modulator and manufacturing method of pixel substrate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pixel substrate which has nanosized pixels and can respond to real-time driving, a spatial light modulator, and a manufacturing method of the pixel substrate. <P>SOLUTION: The spatial light modulator 10 comprises the pixel substrate 20; an ultraviolet laser 11 which outputs ultraviolet beam; a beam aperture 12 which forms the shape of the ultraviolet beam; and a mirror 13 which reflects the ultraviolet beam. The pixel substrate 20 includes a first transparent substrate 21 having translucency and a second transparent substrate 22 including a plurality of triangular pyramid-like projection parts 22a constituting the nanosized pixels, and the mirror 13 performs pixel selection scanning to each triangular pyramid-like projection part 22a with the ultraviolet beam at a response speed of several μs, whereby the pixel substrate responds to the real-time driving. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば立体映像を表示するための空間像再生方式で用いられる画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a pixel substrate, a spatial light modulator, and a method for manufacturing the pixel substrate that are used in, for example, a spatial image reproduction method for displaying a stereoscopic image.

高精細なデジタルハイビジョン受信機用の典型的な表示素子として、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)などが市販されており、その他にも有機ELなど多種の表示方式が研究開発されている。CRTを大画面化すると容積や重量が大きくなり、通常の家庭に導入するには困難となるため、大画面用ではLCDやPDPなどの平面型のディスプレイが主として普及しつつある。   CRT (Cathode Ray Tube), LCD (Liquid Crystal Display), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field Emission Display), etc. are commercially available as typical display elements for high-definition digital Hi-Vision receivers. In addition, various display methods such as organic EL have been researched and developed. When a CRT is enlarged, the volume and weight increase and it is difficult to introduce the CRT into a normal home. Therefore, flat displays such as LCDs and PDPs are mainly spreading for large screens.

一方、立体映像表示方式には、(1)視差情報に基づく方式、(2)奥行き情報に基づく方式(奥行き標本化方式)、(3)輝度情報に基づく方式(奥行き融合方式)、(4)空間像再生方式などがある。さらに細かく言えば、(1)の方式では時間分割方式(眼鏡有り)、空間分割方式(眼鏡有り、無し)が、また(4)の方式ではインテグラルフォトグラフィ、光線再生方式、ホログラフィ方式などが開発されている。(1)〜(3)の方式のほとんどは実用化されているが、(4)の方式についてはまだ研究段階にある。これらの方式の中で、最も自然で視聴者の目に疲労を与えにくい立体映像表示方式は(4)の空間像再生方式である。   On the other hand, the stereoscopic video display method includes (1) a method based on parallax information, (2) a method based on depth information (depth sampling method), (3) a method based on luminance information (depth fusion method), and (4). There are aerial image reproduction methods. More specifically, in the method (1), the time division method (with glasses) and the space division method (with glasses, without), and in the method (4), there are integral photography, light beam reproduction method, holography method, etc. Has been developed. Most of the methods (1) to (3) have been put into practical use, but the method (4) is still in the research stage. Among these methods, the most natural three-dimensional image display method that hardly gives viewers eyestrain is the aerial image reproduction method (4).

この空間像再生方式による立体テレビシステムでは、可視光の波長程度の空間解像度を有し、かつ、実時間駆動できる空間光変調器が必須のデバイスとして求められているが、この条件を満たすものは開発されていない。現状では、ハイビジョン映像用のLCD、PDPなどの平面型ディスプレイや、スーパーハイビジョン映像用の入出力デバイスが転用されて研究が進められている。   In this 3D television system based on the spatial image reproduction method, a spatial light modulator that has a spatial resolution about the wavelength of visible light and can be driven in real time is required as an indispensable device. Not developed. At present, research is being carried out by diverting flat displays such as LCD and PDP for high-definition video and input / output devices for super high-definition video.

例えば、リアルタイムホログラフィやインテグラルフォトグラフィではLCDパネルが用いられている(例えば、非特許文献1及び2参照)。   For example, LCD panels are used in real-time holography and integral photography (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

また、電気泳動方式の研究も進められている。例えば、マイクロカプセル型電気泳動方式ディスプレイでは、液体を包むポリマーのマイクロカプセルの中に、着色されて正負に帯電した顔料を封入し、これを外部電界によって前面基板側又は背面基板側に移動させて反射型ディスプレイとしてのコントラストを得るようになっている(例えば、非特許文献3参照)。   Research on electrophoresis is also underway. For example, in a microcapsule type electrophoretic display, a pigment that is colored and charged positively or negatively is enclosed in a polymer microcapsule that encloses a liquid, and this is moved to the front substrate side or the back substrate side by an external electric field. A contrast as a reflective display is obtained (for example, see Non-Patent Document 3).

この種の方式には、着色粒子を基板面内の横方向に移動させる場合や、球を回転させるツイストボール型、又はトナー型がある。特に、ポリマーから成る微粒子を電界で飛行させる電子粉流体型も最近開発されている(例えば、非特許文献4参照)。   In this type of system, there are a case where the colored particles are moved in the lateral direction within the substrate surface, a twisting ball type which rotates a sphere, or a toner type. In particular, an electro-powder fluid type in which fine particles made of a polymer are caused to fly in an electric field has been recently developed (for example, see Non-Patent Document 4).

また、印加電圧により電解質から銀イオンを透明基板上に析出させて、外部光を反射させる電解析出方式も研究されており、低電圧で高反射率特性が得られている。また、熱的発色反応を応用する方式として、ビオローゲンの発色反応を利用したディスプレイが試作されている(例えば、非特許文献5参照)。   In addition, an electrolytic deposition method in which silver ions are deposited from an electrolyte on a transparent substrate by an applied voltage to reflect external light has been studied, and high reflectance characteristics are obtained at a low voltage. Further, as a method of applying a thermal coloring reaction, a display using a viologen coloring reaction has been prototyped (for example, see Non-Patent Document 5).

一方、機械的な外部光変調方式においては、MEMS(Micro−Electro Mechanical Systems)と呼ばれる半導体の微細加工技術を応用して作製する空間光変調器としてDMD(Digital Micro−mirror Device)がすでに市場に出ている(例えば、非特許文献6参照)。このデバイスは、画素ドットに対応して、十数ミクロン角の微細なミラーアレイを作製し、入射光を画素ドット毎にミラーの傾きで変調する。これに類似して、微小で薄い2枚の金属面板間に電圧を印加することにより、それらの間に引力を生じさせて両者間の距離を制御し、入射光の干渉効果を利用して光の反射、吸収を制御する空間光変調器も開発されている(例えば、非特許文献7参照)。   On the other hand, in the mechanical external light modulation system, DMD (Digital Micro-mirror Device) has already been put on the market as a spatial light modulator manufactured by applying a semiconductor microfabrication technology called MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems). (For example, refer nonpatent literature 6). This device produces a fine mirror array of a dozen micron squares corresponding to pixel dots, and modulates incident light with the tilt of the mirror for each pixel dot. In a similar manner, by applying a voltage between two small and thin metal face plates, an attractive force is generated between them to control the distance between the two, and the interference effect of incident light is used to make the light Spatial light modulators that control reflection and absorption of light have been developed (see Non-Patent Document 7, for example).

その他、カー効果を応用した磁気光学式の空間光変調器(Magneto−Optic Spatial Light Modulator:MOSLM)も研究されている(例えば、非特許文献8参照)。
T.Mishina, M.Okui, and F.Okano,"Viewing−Zone Enlargement Method for Sampled Hologram that uses High−Order Diffraction",Applied Optics,Vol.41(2002),pp.1489−1499 N.Hashimoto, K.Kitamura, and S.Morokawa,"Real−time holography using high−resolution LCTV−SLM",Proc. of SPIE 1461(1991),pp.291−302 B.Comiskey, J.D.Albert, H.Yoshizawa, and J.Jacobson,"An electrophoretic ink for all−printed reflective electronic displays",Nature Vol.394(1998)pp.253−255 R.Hattori, S.Yamada, Y.Masuda and N.Nihei and R.Sakurai,"Ultra Thin and Flexible Paper−like Display using QR−LPD Technology",SID04 Digest(2004),pp.136−139 H.Pettersson, T.Gruszecki, L.H.Johansson, A.Norberg, M.O.M.Edwards, and A.Hagfeldt,"Screen−printed electrochromic displays based in nanocrystalline electrodes",SID Digest of Technical Papers 123(2002). J. Grimmett, J. Huffman,"Advancements in DLP Technology: The New 10.8μm Pixel and Beyond",Proc. Int. Display Workshops/Asia Display'05 M.W.Miles,"A New Reflective FPD Technology Using Interferometric Modulation",Society for Information Display '97 Digest, Session 7.3. M.Inoue, P.Lim, T.Imura, K.Iwasaki, T.Yamanaka, H.Umezawa, and H.Horimai, "Development of Magneto−Optic Spatial Light Modulators and Their Application in Collinear Holography II",The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report MR2005−60(2006−03),pp.23−28[in Japanese]
In addition, a magneto-optical spatial light modulator (MOSLM) using the Kerr effect has also been studied (for example, see Non-Patent Document 8).
T.A. Misina, M.M. Okui, and F.M. Okano, “Viewing-Zone Enhancing Method for Sampled Hologram what uses High-Order Diffraction”, Applied Optics, Vol. 41 (2002), p. 1489-1499 N. Hashimoto, K. et al. Kitamura, and S.K. Morokawa, “Real-time holography using high-resolution LCTV-SLM”, Proc. of SPIE 1461 (1991), pp. 291-302 B. Comiskey, J.A. D. Albert, H.M. Yoshizawa, and J.A. Jacobson, “An electrophoretic ink for all-printed reflective electrodisplays”, Nature Vol. 394 (1998) pp. 253-255 R. Hattori, S.H. Yamada, Y .; Masuda and N.M. Nihei and R.A. Sakurai, “Ultra Thin and Flexible Paper-like Display using QR-LPD Technology”, SID04 Digest (2004), pp. 136-139 H. Pettersson, T.W. Gruszecki, L. H. Johansson, A.D. Norberg, M.M. O. M.M. Edwards, and A.A. Hagfeldt, “Screen-printed electrochromic displays based in nanocrystal lines”, SID Digest of Technical Papers 123 (2002). J. et al. Grimmett, J.M. Huffman, “Advances in DLP Technology: The New 10.8 μm Pixel and Beyond”, Proc. Int. Display Worksshops / Asia Display '05 M.M. W. Miles, "A New Reflective FPD Technology Using Interferometric Modulation", Society for Information Display '97 Digest, Session 7.3. M.M. Inoue, P.M. Lim, T .; Imura, K .; Iwasaki, T .; Yamanaka, H .; Umezawa, and H.H. Horimai, "Development of Magneto-Optic Spatial Light Modulators and Their Application in Collinear Holography II", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report MR2005-60 (2006-03), pp. 23-28 [in Japan]

ところで、前述のように、空間像再生方式による立体テレビシステムでは、実時間駆動でき、かつ、可視光の波長程度の空間解像度が求められている。具体的には、可視光の波長が380nm〜780nm程度であるので、200nm〜800nm角程度のナノサイズの画素が必要とされている。   By the way, as described above, a stereoscopic television system based on the aerial image reproduction method is required to be driven in real time and to have a spatial resolution on the order of the wavelength of visible light. Specifically, since the wavelength of visible light is about 380 nm to 780 nm, a nano-sized pixel of about 200 nm to 800 nm square is required.

しかしながら、前述した従来のものは、画素サイズ及び応答速度において課題があり、空間像再生方式による立体テレビシステムを実現できるものではない。   However, the above-described conventional ones have problems in pixel size and response speed, and a three-dimensional television system based on the aerial image reproduction method cannot be realized.

まず、画素サイズについて説明する。画素サイズは、前述のように、光変調方法又は表示原理に加えて構造や作製技術で決まる。例えば、液晶方式では、画像保持のためのTFT(Thin Film Transistor)が画素ドット毎に必要である。また、高コントラストを確保するためには液晶総厚として2μm程度は必要であり、さらにこの液晶層を2枚のガラス基板又はプラスチック基板で挟む必要があるので、液晶方式における最小の画素ドットサイズとしては1μm程度が限界であると言われている。   First, the pixel size will be described. As described above, the pixel size is determined by the structure and manufacturing technique in addition to the light modulation method or the display principle. For example, in the liquid crystal system, a TFT (Thin Film Transistor) for holding an image is required for each pixel dot. In order to ensure high contrast, the total liquid crystal thickness is required to be about 2 μm, and this liquid crystal layer must be sandwiched between two glass substrates or plastic substrates. Is said to be about 1 μm.

また、FEDでは、例えばセル壁があるためナノサイズの画素構造を作製するのは困難である。また、電気泳動方式での画素サイズは、マイクロカプセルのサイズとして現状では数十μm角程度、発色反応方式でも数十ミクロン角程度である。また、機械的な外部光変調方式では、主としてMEMSの精度で決まるが、現状ではDMDで十数μm角程度、光干渉型で二十数μm程度の画素サイズであり、これらを大幅に縮小化するのは現状技術の延長では当面困難である。   Further, in the FED, for example, since there is a cell wall, it is difficult to produce a nano-sized pixel structure. In addition, the pixel size in the electrophoresis method is currently about several tens of μm square as the size of the microcapsule, and is about several tens of micron squares in the color reaction method. The mechanical external light modulation method is mainly determined by the accuracy of MEMS, but currently it has a pixel size of about 10 μm square for DMD and about 20 μm for optical interference type. It is difficult for the time being to extend the current technology.

次に、応答速度に関しては、例えばTN(Twisted Nematic)液晶では、液晶分子の粘性のために典型的には十数ms程度である。最近、スプレイ配向状態から一旦ベンド配向状態に遷移させ、このベンド配向状態でオン又はオフを行う高速型のOCB(Optically Compensated Bend)液晶の研究が活発になってきているが、その応答速度は3ms程度である。また、電気泳動方式では、粒子が電界や磁界によって移動したり、回転したりするので、それらの応答速度は数十ms程度に留まっている。なお、機械的な外部光変調方式における応答速度は最も小さい数μsであり、応答速度の面のみにおいては、この方式は実時間駆動を可能とするものである。   Next, regarding the response speed, for example, in a TN (Twisted Nematic) liquid crystal, it is typically about 10 ms due to the viscosity of liquid crystal molecules. Recently, researches on high-speed OCB (Optically Compensated Bend) liquid crystals that transition from a splay alignment state to a bend alignment state and turn on or off in the bend alignment state have become active, but the response speed is 3 ms. Degree. In the electrophoresis method, particles move or rotate by an electric field or a magnetic field, so that their response speed is only about several tens of ms. Note that the response speed in the mechanical external light modulation method is the smallest several μs, and this method enables real-time driving only in terms of response speed.

他方、従来の平面型表示装置は、パネル上下の交差配線によるマトリクス電気アドレス方式により画素表示を行うようになっている。したがって、ナノサイズの画素においてマトリクス電気アドレス方式を適用しようとすると、容量及び抵抗の小さい配線が必須となるが、配線の容量及び抵抗によって決定される時定数による駆動限界があるので、この方式でナノサイズの画素を実現することは現状では困難である。   On the other hand, the conventional flat display device performs pixel display by a matrix electric address method using cross wirings on the upper and lower sides of the panel. Therefore, if the matrix electrical addressing method is applied to a nano-sized pixel, a wiring with a small capacitance and resistance is essential, but there is a driving limit due to a time constant determined by the capacitance and resistance of the wiring. Realizing nano-sized pixels is difficult at present.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、ナノサイズの画素を有し、実時間駆動に対応することができる画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a pixel substrate, a spatial light modulator, and a method for manufacturing the pixel substrate that have nano-sized pixels and can support real-time driving. Objective.

本発明の画素基板は、第1の透明基板と、複数の角錐形状の突起部を有する第2の透明基板とを備え、前記角錐形状の底面に相当する面は、前記第1の透明基板の一の面に対向し、前記突起部の頂点は、前記角錐形状の底面に相当する面に対して前記第1の透明基板とは異なる側に位置し、前記角錐形状の突起部の各側面には、それぞれ蛍光体が形成された構成を有している。   The pixel substrate of the present invention includes a first transparent substrate and a second transparent substrate having a plurality of pyramidal projections, and a surface corresponding to the bottom surface of the pyramid shape is the surface of the first transparent substrate. One apex of the protrusion, the apex of the protrusion is located on a side different from the first transparent substrate with respect to the surface corresponding to the bottom of the pyramid, and on each side of the protrusion of the pyramid Each has a structure in which a phosphor is formed.

この構成により、本発明の画素基板は、角錐形状の突起部がナノサイズで作製されることにより、独立したナノサイズの画素を有することとなり、角錐形状の突起部の各側面に所定波長の光及び電子のいずれかのビームが照射されて画素選択走査されることにより、実時間駆動に対応することができる。   With this configuration, the pixel substrate of the present invention has independent nano-sized pixels when the pyramidal projections are fabricated in nano-size, and light of a predetermined wavelength is provided on each side of the pyramid-shaped projections. Further, real-time driving can be supported by irradiating either one of the electron beam and the electron beam and performing pixel selective scanning.

また、本発明の画素基板は、第1の透明基板と、複数の角錐形状の窪み部を有する第2の透明基板とを備え、前記窪み部の頂点は、前記第1の透明基板の一の面に対向し、前記角錐形状の底面に相当する面は、前記窪み部の頂点に対して前記第1の透明基板とは異なる側に位置し、前記角錐形状の窪み部の各側面には、それぞれ蛍光体が形成された構成を有している。   The pixel substrate of the present invention includes a first transparent substrate and a second transparent substrate having a plurality of pyramid-shaped depressions, and the vertex of the depression is one of the first transparent substrates. A surface facing the surface and corresponding to the bottom surface of the pyramid shape is located on a side different from the first transparent substrate with respect to the apex of the recess portion, and on each side surface of the pyramid recess portion, Each has a configuration in which a phosphor is formed.

この構成により、角錐形状の窪み部がナノサイズで作製されることにより、独立したナノサイズの画素を有することとなり、角錐形状の窪み部の各側面に所定波長の光及び電子のいずれかのビームが照射されて画素選択走査されることにより、実時間駆動に対応することができる。   With this configuration, the pyramid-shaped depressions are produced in nano-size, so that they have independent nano-sized pixels, and either a light beam or an electron beam of a predetermined wavelength is provided on each side of the pyramid-shaped depressions. Can be applied to real-time driving.

さらに、本発明の画素基板は、前記第1の透明基板と前記第2の透明基板との間に透光性を有する導電膜を備えた構成を有している。   Furthermore, the pixel substrate of the present invention has a configuration in which a light-transmitting conductive film is provided between the first transparent substrate and the second transparent substrate.

この構成により、本発明の画素基板は、所定波長の光及び電子のいずれかのビームを窪み部に照射した際に第2の透明基板の内部に発生する電荷を外部に逃がすことができる。   With this configuration, the pixel substrate of the present invention can release the charge generated inside the second transparent substrate to the outside when the hollow portion is irradiated with either a light beam or an electron beam having a predetermined wavelength.

さらに、本発明の画素基板は、前記角錐形状が、三角錐及び四角錐のいずれか一方である構成を有している。   Furthermore, the pixel substrate of the present invention has a configuration in which the pyramid shape is one of a triangular pyramid and a quadrangular pyramid.

この構成により、本発明の画素基板は、突起部又は窪み部の側面に蛍光体を好適に斜め蒸着することができる。   With this configuration, the pixel substrate of the present invention can suitably deposit the phosphor on the side surface of the protrusion or the depression.

さらに、本発明の画素基板は、前記蛍光体が、所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって発光する材料を含む構成を有している。   Furthermore, the pixel substrate of the present invention has a configuration in which the phosphor includes a material that emits light by either a light beam having a predetermined wavelength or an electron beam.

この構成により、本発明の画素基板は、所定波長の光及び電子のいずれかのビームによってナノサイズの画素を所望の色に発光させることができる。   With this configuration, the pixel substrate of the present invention can emit nano-sized pixels to a desired color by using either a light beam having a predetermined wavelength or an electron beam.

本発明の空間光変調器は、画素基板と、所定波長の光及び電子のいずれかのビームを生成するビーム生成手段と、前記ビームを前記画素基板に照射するビーム照射手段とを備え、前記ビーム照射手段は、前記ビームの中心を前記角錐形状の頂点から偏心させた状態を含む照射状態で前記各側面の蛍光体を発光させる構成を有している。   The spatial light modulator according to the present invention includes a pixel substrate, a beam generation unit that generates a light beam or an electron beam having a predetermined wavelength, and a beam irradiation unit that irradiates the pixel substrate with the beam. The irradiation unit has a configuration in which the phosphors on the respective side surfaces emit light in an irradiation state including a state in which the center of the beam is decentered from the apex of the pyramid shape.

この構成により、本発明の空間光変調器は、ナノサイズの各画素の色度を任意に決定しフルカラー表示の実時間駆動に対応することができる。   With this configuration, the spatial light modulator of the present invention can arbitrarily determine the chromaticity of each nano-sized pixel and cope with real-time driving of full-color display.

また、本発明の空間光変調器は、前記ビーム照射手段は、前記各側面の蛍光体をそれぞれ別個に発光させる複数の光学系を備えた構成を有している。   In the spatial light modulator according to the present invention, the beam irradiation means includes a plurality of optical systems that individually emit the phosphors on the side surfaces.

この構成により、本発明の空間光変調器は、複数の光学系によってフルカラー表示を実時間で行うことができる。   With this configuration, the spatial light modulator of the present invention can perform full-color display in real time with a plurality of optical systems.

本発明の画素基板の製造方法は、画素基板の製造方法であって、X線リソグラフィ、電鋳、粉末成形を含むプロセス及びナノインプリントプロセスにより透光性を有する基板に複数の角錐形状の突起部を形成する工程と、前記角錐形状の突起部の各側面のそれぞれに所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって所定色で発光する蛍光体材料を斜め蒸着法により堆積する工程とを含む構成を有している。   A method for manufacturing a pixel substrate according to the present invention is a method for manufacturing a pixel substrate, wherein a plurality of pyramidal protrusions are formed on a substrate having translucency by a process including X-ray lithography, electroforming, powder molding, and a nanoimprint process. And a step of depositing a phosphor material that emits light in a predetermined color by a beam of light having a predetermined wavelength or an electron beam on each of the side surfaces of the pyramidal protrusions by oblique vapor deposition. Have.

この構成により、本発明の画素基板の製造方法は、角錐形状の突起部をナノサイズで作製することができるので、角錐形状の突起部の各側面に所定波長の光及び電子のいずれかのビームが照射されて画素選択走査されることにより、実時間駆動が対応可能な空間光変調器を提供することができる。   With this configuration, the pixel substrate manufacturing method of the present invention can produce the pyramid-shaped projections with a nano-size, so that either a light beam or an electron beam with a predetermined wavelength is provided on each side surface of the pyramid-shaped projections. Can be provided, and a spatial light modulator that can be driven in real time can be provided.

また、本発明の画素基板の製造方法は、画素基板の製造方法であって、エッチングにより透光性を有する基板に複数の角錐形状の窪み部を形成する工程と、前記角錐形状の窪み部の各側面のそれぞれに所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって所定色で発光する蛍光体材料を斜め蒸着法により堆積する工程とを含む構成を有している。   The pixel substrate manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a pixel substrate, the step of forming a plurality of pyramid-shaped depressions on a substrate having translucency by etching, and the step of forming the pyramid-shaped depressions. And a step of depositing a phosphor material that emits light of a predetermined color by a beam of light having a predetermined wavelength or an electron beam on each of the side surfaces by an oblique vapor deposition method.

この構成により、本発明の画素基板の製造方法は、角錐形状の窪み部をナノサイズで作製することができるので、角錐形状の窪み部の各側面に所定波長の光及び電子のいずれかのビームが照射されて画素選択走査されることにより、実時間駆動が対応可能な空間光変調器を提供することができる。   With this configuration, the method for manufacturing a pixel substrate according to the present invention can produce a pyramid-shaped depression with a nano-size, so that either a light beam or an electron beam having a predetermined wavelength is provided on each side surface of the pyramid-shaped depression. Can be provided, and a spatial light modulator that can be driven in real time can be provided.

本発明は、ナノサイズの画素を有し、実時間駆動に対応することができる画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法を提供することができるものである。   The present invention can provide a pixel substrate, a spatial light modulator, and a method for manufacturing the pixel substrate that have nano-sized pixels and can be driven in real time.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
まず、本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態における構成について説明する。図1(a)は、本実施の形態における空間光変調器10の構成を概念的に示したものである。また、図1(b)は、本実施の形態における画素基板20を概念的に示した平面図である。
(First embodiment)
First, the configuration of the spatial light modulator according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A conceptually shows the configuration of the spatial light modulator 10 in the present embodiment. FIG. 1B is a plan view conceptually showing the pixel substrate 20 in the present embodiment.

図1(a)及び(b)に示すように、本実施の形態における空間光変調器10は、画素基板20と、紫外線を出力する紫外線レーザ11と、紫外線ビームの形状を成形するビームアパチャ12と、紫外線ビームを反射するミラー13とを備えている。なお、紫外線レーザ11に代えて紫外線発光ダイオードを用いてもよい。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the spatial light modulator 10 in this embodiment includes a pixel substrate 20, an ultraviolet laser 11 that outputs ultraviolet rays, and a beam aperture 12 that shapes the shape of the ultraviolet beam. And a mirror 13 for reflecting the ultraviolet beam. An ultraviolet light emitting diode may be used in place of the ultraviolet laser 11.

紫外線レーザ11は、紫外領域のレーザ光、例えば窒化ガリウム(GaN)による紫外線半導体レーザ光を生成し、ビームアパチャ12に出力するようになっている。なお、紫外線レーザ11は、本発明のビーム生成手段に対応する。   The ultraviolet laser 11 generates laser light in the ultraviolet region, for example, ultraviolet semiconductor laser light using gallium nitride (GaN), and outputs the laser light to the beam aperture 12. The ultraviolet laser 11 corresponds to the beam generating means of the present invention.

ビームアパチャ12は、紫外線レーザ11が出力する紫外線ビームの形状を成形し、ミラー13に出力するようになっている。   The beam aperture 12 shapes the shape of the ultraviolet beam output from the ultraviolet laser 11 and outputs it to the mirror 13.

ミラー13は、ビームアパチャ12からの紫外線ビームを画素基板20側に反射するようになっている。ミラー13には画素基板20の画素を選択走査するためのミラー走査制御部(図示省略)が接続されている。また、ミラー13は、例えばMEMSと呼ばれる半導体の微細加工技術で製作されるものであり、ミラー走査制御部の制御動作によって、ビームアパチャ12からの紫外線ビームを反射して数μsの応答速度で画素選択走査ができるものである。なお、ミラー13は、本発明のビーム照射手段に対応する。   The mirror 13 reflects the ultraviolet beam from the beam aperture 12 toward the pixel substrate 20. A mirror scanning control unit (not shown) for selectively scanning pixels on the pixel substrate 20 is connected to the mirror 13. Further, the mirror 13 is manufactured by, for example, a semiconductor microfabrication technique called MEMS, and reflects the ultraviolet beam from the beam aperture 12 by the control operation of the mirror scanning control unit, and the pixel with a response speed of several μs. Selective scanning is possible. The mirror 13 corresponds to the beam irradiation means of the present invention.

画素基板20は、第1の透明基板21と、複数の三角錐状の突起を有する第2の透明基板22とを備えている。第2の透明基板22は、片面に三角錐突起のアレイを有し、他方の面が平面となっている。   The pixel substrate 20 includes a first transparent substrate 21 and a second transparent substrate 22 having a plurality of triangular pyramidal protrusions. The second transparent substrate 22 has an array of triangular pyramidal projections on one side, and the other side is a flat surface.

第1の透明基板21は、可視光領域の光を透過する材料、例えばガラス基板で構成される。第2の透明基板22は、例えばガラスやポリマーなどの可視光透明材料で構成され、図示のように、三角錐状に形成された複数の三角錐突起部22aを備えている。三角錐突起部22aは、例えばLIGA(Lithographie Galvanoformung und Abformung)プロセス及びナノプリント技術を用いて形成される。このLIGAプロセスは、シンクロトロン放射光を利用したX線リソグラフィ、電鋳及び金属やセラミックス材料のモールド(粉末成形)を組み合わせた技術である。なお、三角錐突起部22aの形状は、上側から見て正三角形であるが、正三角錐状に限定されるものでなく、例えば後述する蛍光体材料の堆積工程を考慮して三角錐突起部22aの高さ寸法を最適化することにより、正三角錐状以外の構成となりうる。   The first transparent substrate 21 is made of a material that transmits light in the visible light region, for example, a glass substrate. The second transparent substrate 22 is made of a visible light transparent material such as glass or polymer, and includes a plurality of triangular pyramidal protrusions 22a formed in a triangular pyramid shape as shown in the figure. The triangular pyramidal protrusion 22a is formed by using, for example, a LIGA (Lithographie Galvanoforming and Abforming) process and a nanoprint technique. This LIGA process is a technique in which X-ray lithography using synchrotron radiation, electroforming, and metal or ceramic material molding (powder molding) are combined. The shape of the triangular pyramidal protrusion 22a is an equilateral triangle as viewed from above, but is not limited to the regular triangular pyramid shape. For example, the triangular pyramidal protrusion 22a is considered in consideration of the phosphor material deposition step described later. By optimizing the height dimension, the configuration can be other than the regular triangular pyramid shape.

また、三角錐突起部22aの底面に相当する面は、第1の透明基板21の面に対向しており、三角錐突起部22aの頂点がミラー13側に形成された構成となっている。三角錐突起部22aは、3つの側面22b、22c及び22dを有している。これらの側面22b、22c及び22dには、それぞれ、紫外線ビームによって赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体が形成されている。蛍光体材料としては、例えば酸化物蛍光体、硫化物蛍光体、有機材料などから成る紫外線励起蛍光体を用いることができる。   Further, the surface corresponding to the bottom surface of the triangular pyramidal protrusion 22a is opposed to the surface of the first transparent substrate 21, and the apex of the triangular pyramidal protrusion 22a is formed on the mirror 13 side. The triangular pyramidal protrusion 22a has three side surfaces 22b, 22c and 22d. On these side surfaces 22b, 22c, and 22d, phosphors that emit red, green, and blue light by an ultraviolet beam are formed, respectively. As the phosphor material, for example, an ultraviolet-excited phosphor made of an oxide phosphor, a sulfide phosphor, an organic material, or the like can be used.

また、1つの三角錐突起部22aは、1つのナノサイズの画素を構成している。画素サイズは、三角錐突起部22aの底面の一辺の長さで決定され、例えば200nm〜800nm程度である。したがって、例えば500nmの画素サイズで画素数1920×1080の高品位テレビジョン映像を表示する場合、僅か1mm×0.5mm程度の表示部のサイズでフルカラー映像が得られることとなる。   In addition, one triangular pyramidal projection 22a constitutes one nano-sized pixel. The pixel size is determined by the length of one side of the bottom surface of the triangular pyramidal protrusion 22a and is, for example, about 200 nm to 800 nm. Therefore, for example, when displaying a high-definition television image having a pixel size of 500 nm and a pixel number of 1920 × 1080, a full-color image can be obtained with a display unit size of only about 1 mm × 0.5 mm.

ここで、三角錐突起部22aにおけるミラー13からの紫外線ビームについて説明する。図2は、1画素を構成する三角錐突起部22aを示している。図2に示すように、ミラー13(図1参照)から照射される紫外線ビームのビーム径は、3つの側面22b、22c、22dのビーム照射方向への投影面内(例えば図2のABC領域内)に完全に収まり、かつ最大になるようにする。この構成により、本実施の形態における空間光変調器10は、RGB各色を互いに独立して表示することができる。また、ミラー13によって、三角錐突起部22aの頂点に対し、紫外線ビームのビーム中心を偏心させることにより、各画素の色度が決定される構成となっている。具体的には、3つの側面22b、22c及び22dのそれぞれに対する紫外線ビームの照射面積と、各蛍光体材料の発光特性とを組み合わせ、三角錐突起部22aの発光時の色度が調整される。   Here, the ultraviolet beam from the mirror 13 in the triangular pyramidal protrusion 22a will be described. FIG. 2 shows a triangular pyramidal protrusion 22a constituting one pixel. As shown in FIG. 2, the beam diameter of the ultraviolet beam irradiated from the mirror 13 (see FIG. 1) is within the projection plane in the beam irradiation direction of the three side surfaces 22b, 22c, 22d (for example, within the ABC region of FIG. 2). ) To be completely and maximum. With this configuration, the spatial light modulator 10 according to the present embodiment can display RGB colors independently of each other. Further, the mirror 13 is configured such that the chromaticity of each pixel is determined by decentering the beam center of the ultraviolet beam with respect to the apex of the triangular pyramidal protrusion 22a. Specifically, the chromaticity at the time of light emission of the triangular pyramidal protrusion 22a is adjusted by combining the irradiation area of the ultraviolet beam with respect to each of the three side surfaces 22b, 22c and 22d and the light emission characteristics of each phosphor material.

前述のように、本実施の形態における空間光変調器10は、ナノサイズの画素を構成する三角錐突起部22aを備え、ミラー13は、ビームアパチャ12からの紫外線ビームを反射して、各三角錐突起部22aに対して数μsの応答速度で画素選択走査を行うので、実時間駆動に対応することができる。   As described above, the spatial light modulator 10 according to the present embodiment includes the triangular pyramidal protrusion 22a that constitutes a nano-sized pixel, and the mirror 13 reflects the ultraviolet beam from the beam aperture 12 so that each triangular shape is reflected. Since pixel selection scanning is performed at a response speed of several μs with respect to the conical protrusion 22a, real-time driving can be supported.

なお、前述の構成において、第1の透明基板21と第2の透明基板22との間に導電膜を形成する構成としてもよい。例えばITO(インジウムドープ酸化錫)や、ドープされたSnO、ZnOなどの透明導電性金属酸化物を第1の透明基板21上に堆積することにより、導電膜を形成することができる。この構成により、紫外線ビームを三角錐突起部22aに照射することによって三角錐突起部22aの内部に発生する電荷を外部に逃がすことができて好ましい。 In the above-described configuration, a conductive film may be formed between the first transparent substrate 21 and the second transparent substrate 22. For example, a conductive film can be formed by depositing on the first transparent substrate 21 a transparent conductive metal oxide such as ITO (indium doped tin oxide), doped SnO 2 , or ZnO. With this configuration, it is preferable that the charge generated in the triangular pyramidal protrusion 22a can be released to the outside by irradiating the triangular pyramidal protrusion 22a with an ultraviolet beam.

また、上記の実施の形態では、紫外線ビームを照射する構成としたが、紫外線に代えて例えば電子ビームを照射する構成としてもよい。この場合、蛍光体として、電子ビームによって赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体を用いる。ここで、電子ビームは1つに限定されず、複数の電子ビームを各色の蛍光体それぞれに照射する構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration is such that the ultraviolet beam is irradiated. However, for example, an electron beam may be irradiated instead of the ultraviolet ray. In this case, a phosphor that emits red, green, and blue light by an electron beam is used as the phosphor. Here, the number of electron beams is not limited to one, and a plurality of electron beams may be applied to each color phosphor.

次に、本実施の形態における画素基板20の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the pixel substrate 20 in the present embodiment will be described.

まず、導電性を有する透明基板上に、例えばPMMA(Polymethylmethacrylate)のようなX線用レジスト膜を塗布する。塗布する厚さは、形成する三角錐突起部22aのサイズ(画素サイズ)に応じて決定する。例えば、三角錐突起部22aの底辺のサイズを500nm程度とする場合は、X線用レジスト膜の膜厚を500nm程度とするのが好ましい。   First, an X-ray resist film such as PMMA (Polymethylmethacrylate) is applied on a transparent substrate having conductivity. The thickness to be applied is determined according to the size (pixel size) of the triangular pyramidal protrusion 22a to be formed. For example, when the size of the bottom side of the triangular pyramidal projection 22a is about 500 nm, the thickness of the X-ray resist film is preferably about 500 nm.

続いて、PMMA膜に対して、図3(a)に示すように、X線吸収量の厚さ方向の分布がそれぞれAA断面、BB断面、CC断面に示す分布となるよう120度の3回対称で帯状のX線ビームを照射する。   Subsequently, with respect to the PMMA film, as shown in FIG. 3A, three times of 120 degrees so that the distribution of the X-ray absorption amount in the thickness direction becomes the distribution shown in the AA section, the BB section, and the CC section, respectively. A symmetrical belt-shaped X-ray beam is irradiated.

ここで、図3(a)において、AA断面の方向は、PMMA膜の長手方向の断面におけるX線吸収量の厚さ方向の分布を示している。また、BB断面の方向は、AA断面の方向に対し60°右回転した断面におけるX線吸収量の厚さ方向の分布を示している。さらに、CC断面の方向は、AA断面の方向に対し60°左回転した断面におけるX線吸収量の厚さ方向の分布を示している。各断面図において、黒色三角形の底辺から頂点に向かう方向は、X線吸収量が大きくなる方向に対応している。この工程で用いるX線としては、シンクロトロン放射光から適切なエネルギ、例えば数keV程度のX線を選択し、照射条件を調節する。なお、X線吸収量の厚さ方向の分布がそれぞれAA断面、BB断面、CC断面に示す分布になるよう、例えばX線マスクを移動しながらX線の照射を行ってもよい。   Here, in FIG. 3A, the direction of the AA section indicates the distribution in the thickness direction of the X-ray absorption amount in the longitudinal section of the PMMA film. Further, the direction of the BB cross section shows the distribution in the thickness direction of the X-ray absorption amount in the cross section rotated right by 60 ° with respect to the direction of the AA cross section. Furthermore, the direction of the CC cross section indicates the distribution in the thickness direction of the X-ray absorption amount in the cross section rotated 60 ° to the left with respect to the direction of the AA cross section. In each cross-sectional view, the direction from the bottom of the black triangle toward the apex corresponds to the direction in which the amount of X-ray absorption increases. As the X-ray used in this step, an appropriate energy, for example, an X-ray of about several keV is selected from synchrotron radiation, and the irradiation conditions are adjusted. For example, X-ray irradiation may be performed while moving the X-ray mask so that the distribution in the thickness direction of the X-ray absorption amount becomes the distribution shown in the AA cross section, the BB cross section, and the CC cross section, respectively.

さらに、前述のようにX線が照射されたPMMA膜が形成された透明基板を現像液に浸漬することにより、図3(b)に示すようなPMMAの三角錐突起アレイが得られる。   Further, the PMMA triangular pyramid projection array as shown in FIG. 3B is obtained by immersing the transparent substrate on which the PMMA film irradiated with X-rays as described above is formed in a developing solution.

次に、PMMAの三角錐突起アレイを基にして、空間光変調器に用いるワーキングモールドのナノインプリントプロセスによる作製方法について図4を参照して説明する。   Next, a manufacturing method of a working mold used for the spatial light modulator by the nanoimprint process based on the PMMA triangular pyramidal projection array will be described with reference to FIG.

まず、図4(a)に示したPMMAの三角錐突起アレイを用いて電鋳により、三角錐突起アレイの空隙部にNi又はTaなどの金属を堆積させる(図4(b))。   First, a metal such as Ni or Ta is deposited in the space of the triangular pyramidal projection array by electroforming using the PMMA triangular pyramidal projection array shown in FIG. 4A (FIG. 4B).

その後、リフトオフ法によって溶剤等を用いてPMMAを剥がしてメタルマスターモールドとする(図4(c))。このメタルマスターモールドを用いてその空隙部にプレポリマー(Pre−Polymer)を流し込む(図4(d))。   Then, PMMA is peeled off using a solvent or the like by a lift-off method to form a metal master mold (FIG. 4C). A prepolymer (Pre-Polymer) is poured into the gap using this metal master mold (FIG. 4D).

次いで、プレポリマーに対して紫外線を照射することにより、紫外線重合を行って硬化する(図4(e))。最後に、メタルマスターモールドを剥がして、ポリマーのワーキングモールドを得る(図4(f))。   Next, by irradiating the prepolymer with ultraviolet rays, ultraviolet polymerization is performed to cure (FIG. 4E). Finally, the metal master mold is peeled off to obtain a polymer working mold (FIG. 4F).

次に、ワーキングモールドに蛍光体材料を堆積する方法を図5に示す。図5(a)〜(c)に示すように、ワーキングモールドの側面22b、22c及び22dにそれぞれ赤色、緑色及び青色の蛍光体材料が堆積するよう斜め蒸着を行う。ここで、各側面にのみ蛍光体材料が堆積するよう、斜め蒸着角度やその他の堆積条件を予め求めておく。蛍光体材料としては、例えば酸化物蛍光体、硫化物蛍光体、有機材料などを用い、100nm程度の膜厚とするのが好ましい。特に有機材料を用いると、他の蛍光体材料よりも膜厚を薄くできるので、画素形状を精度よく定めることができる。また、蛍光体材料の斜め蒸着角度や三角錐突起部22aの高さの最適化を予め検討しておくことにより、斜め蒸着により各色の蛍光体を各側面にほぼ均一に堆積させることができて好ましい。   Next, a method for depositing the phosphor material on the working mold is shown in FIG. As shown in FIGS. 5A to 5C, oblique evaporation is performed so that red, green, and blue phosphor materials are deposited on the side surfaces 22b, 22c, and 22d of the working mold, respectively. Here, an oblique deposition angle and other deposition conditions are obtained in advance so that the phosphor material is deposited only on each side surface. As the phosphor material, for example, an oxide phosphor, a sulfide phosphor, an organic material, or the like is used, and the film thickness is preferably about 100 nm. In particular, when an organic material is used, the film thickness can be made thinner than other phosphor materials, so that the pixel shape can be determined with high accuracy. In addition, by studying in advance the optimization of the oblique deposition angle of the phosphor material and the height of the triangular pyramidal projection 22a, the phosphors of each color can be deposited almost uniformly on each side by oblique deposition. preferable.

以上のように、本実施の形態における空間光変調器10によれば、複数の三角錐突起部22aは、それぞれ、紫外線ビームによって赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体が形成された側面22b、22c及び22dを有してナノサイズの画素を構成し、ミラー13は、紫外線ビームを各三角錐突起部22aに対して数μsの応答速度で画素選択走査を行うので、実時間駆動に対応することができる。   As described above, according to the spatial light modulator 10 in the present embodiment, the plurality of triangular pyramidal protrusions 22a are respectively provided with the side surfaces 22b on which phosphors that emit red, green, and blue light are formed by ultraviolet beams. 22c and 22d constitute a nano-sized pixel, and the mirror 13 performs pixel selection scanning with a response speed of several μs for each triangular pyramidal protrusion 22a with respect to each of the triangular pyramidal projections 22a. be able to.

また、本実施の形態における空間光変調器10によれば、複数の三角錐突起部22aを備える構成によって、従来の画素構造とは異なり、壁構造を必要としないので、従来のものよりも高精細に画素分離化を図ることができる。また、紫外線ビームを画素選択走査する構成としたので、従来の配線の抵抗及び容量で決まる電気アドレスの限界を超えるナノサイズの画素解像度を有する超多画素で、高速駆動の超高精細な空間光変調器を得ることができる。   In addition, according to the spatial light modulator 10 in the present embodiment, unlike the conventional pixel structure, the configuration including the plurality of triangular pyramidal protrusions 22a does not require a wall structure, and thus is higher than the conventional one. Pixel separation can be achieved with high precision. In addition, because it is configured to selectively scan pixels with an ultraviolet beam, it is an ultra-high resolution spatial light with ultra-high resolution and nano-pixel resolution exceeding the limit of electrical address determined by the resistance and capacitance of conventional wiring. A modulator can be obtained.

また、本実施の形態における空間光変調器10を用いることにより、実像型の立体映像を実時間で表示することが可能となる。これは、例えば立体テレビの高臨場感放送を実現するブレークスルーとなり得る。   Further, by using the spatial light modulator 10 in the present embodiment, it is possible to display a real image type stereoscopic image in real time. This can be, for example, a breakthrough for realizing highly realistic broadcasting on a stereoscopic television.

また、本実施の形態における空間光変調器10を例えば眼鏡に搭載したり、片眼用の超小型で高精細なウエアラブルディスプレイに適用したりすることにより、ユビキタス・ユニバーサルサービスの普及・発展に資することができる。   In addition, the spatial light modulator 10 according to the present embodiment is mounted on, for example, eyeglasses, or applied to an ultra-compact and high-definition wearable display for one eye, thereby contributing to the spread and development of ubiquitous universal services. be able to.

また、本実施の形態における空間光変調器10は、ウエアラブルディスプレイに適用することにより、例えば医療行為やその他の装置操作等の補助を行うことができ、又はナビゲーションシステムと組み合わせることにより、高齢者や障害者などの活動支援にも寄与することができる。   In addition, the spatial light modulator 10 in the present embodiment can be applied to a wearable display, for example, can assist medical operations and other device operations, or can be combined with a navigation system to It can also contribute to supporting activities for people with disabilities.

なお、前述の実施の形態において、三角錐突起部22aで画素を構成する例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、四角錐突起部で画素を構成するものでもよい。この四角錐突起部は、例えば、図3(a)におけるAA断面方向と、この方向に直交する方向とに対してX線マスクを移動しながらX線を照射することにより得られる。この場合、蛍光体材料の斜め蒸着を考慮して四角錐突起部の高さを最適化するのが好ましい。また、四角錐突起部における蛍光体材料として、四面に赤色、緑色、青色の他に例えばシアンの蛍光体材料を用いることができる。   In the above-described embodiment, the example in which the pixel is configured by the triangular pyramidal protrusion 22a has been described. However, the present invention is not limited to this, and the pixel may be configured by a quadrangular pyramidal protrusion. This quadrangular pyramidal protrusion is obtained, for example, by irradiating X-rays while moving the X-ray mask with respect to the AA cross-sectional direction in FIG. 3A and the direction orthogonal to this direction. In this case, it is preferable to optimize the height of the quadrangular pyramidal protrusions in consideration of oblique vapor deposition of the phosphor material. Further, as a phosphor material in the quadrangular pyramidal projection, for example, a cyan phosphor material can be used in addition to red, green, and blue on the four surfaces.

また、前述の実施の形態において、1つのミラー13によって画素選択走査を行う構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体材料に対してそれぞれ別個に紫外ビームを照射して画素選択走査を行う計3式の照射光学系を用いてフルカラー表示を行う構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which pixel selection scanning is performed by one mirror 13 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, light is emitted in red, green, and blue. A configuration may be adopted in which full color display is performed using a total of three types of irradiation optical systems that perform pixel selective scanning by individually irradiating the phosphor material with an ultraviolet beam.

(第2の実施の形態)
本実施の形態における空間光変調器は、第1の実施の形態における空間光変調器10(図1参照)の画素基板20に代えて図6に示すような画素基板30を備えるものである。したがって、第1の実施の形態における空間光変調器10の説明と重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
The spatial light modulator in the present embodiment is provided with a pixel substrate 30 as shown in FIG. 6 in place of the pixel substrate 20 of the spatial light modulator 10 (see FIG. 1) in the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with the description of the spatial light modulator 10 in the first embodiment is omitted.

図6(a)及び(b)に示すように、本実施の形態における画素基板30は、透光性を有する第1の透明基板31と、透光性を有する第2の透明基板32とを備えている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the pixel substrate 30 in the present embodiment includes a first transparent substrate 31 having a light transmitting property and a second transparent substrate 32 having a light transmitting property. I have.

第1の透明基板31は、第1の実施の形態における第1の透明基板21と同等な構成であり、可視光領域の光を透過する材料、例えばガラス基板で構成される。   The 1st transparent substrate 31 is the structure equivalent to the 1st transparent substrate 21 in 1st Embodiment, and is comprised with the material which permeate | transmits the light of visible region, for example, a glass substrate.

第2の透明基板32は、例えば可視光が透過するエッチング材料、例えばガラス基板で構成され、図示のように、片方の面が上側から見て正三角形状に形成された複数の三角錐窪み部32aを備え、他方の面は平面となっている。三角錐窪み部32aは、例えばエッチングにより作製され、3つの側面32b、32c及び32dを有している。これらの側面32b、32c及び32dには、それぞれ、紫外線ビームによって赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体が形成されている。   The second transparent substrate 32 is made of, for example, an etching material that transmits visible light, for example, a glass substrate, and has a plurality of triangular pyramid depressions that are formed in an equilateral triangle shape when viewed from above, as shown in the figure. 32a, and the other surface is a flat surface. The triangular pyramid depression 32a is produced by etching, for example, and has three side surfaces 32b, 32c, and 32d. On the side surfaces 32b, 32c, and 32d, phosphors that emit red, green, and blue light by ultraviolet rays are formed, respectively.

また、1つの三角錐窪み部32aは、1つのナノサイズの画素を構成している。画素サイズは、三角錐窪み部32aの底面の一辺の長さで決定され、例えば200nm〜800nm程度が好ましい。また、ミラー13(図1参照)によって、三角錐窪み部32aの頂点に対し、紫外線ビームのビーム中心を偏心させることにより、各画素の色度が決定されるようになっている。また、ミラー13から照射される紫外線ビームのビーム径は、図2における説明と同様に、三角錐窪み部32aの底面に相当する面の大きさよりも小さくすることが好ましい。   Further, one triangular pyramid recess 32a constitutes one nano-sized pixel. The pixel size is determined by the length of one side of the bottom surface of the triangular pyramid depression 32a, and is preferably about 200 nm to 800 nm, for example. Further, the chromaticity of each pixel is determined by decentering the beam center of the ultraviolet beam with respect to the apex of the triangular pyramid depression 32a by the mirror 13 (see FIG. 1). Moreover, it is preferable to make the beam diameter of the ultraviolet beam irradiated from the mirror 13 smaller than the size of the surface corresponding to the bottom surface of the triangular pyramid depression 32a, as described in FIG.

以上のように、本実施の形態における空間光変調器によれば、複数の三角錐窪み部32aは、それぞれ、紫外線ビームによって赤色、緑色及び青色に発光する蛍光体が形成された側面32b、32c及び32dを有してナノサイズの画素を構成し、ミラー13は、紫外線ビームを各三角錐窪み部32aに対して数μsの応答速度で画素選択走査を行うので、実時間駆動に対応することができる。   As described above, according to the spatial light modulator in the present embodiment, the plurality of triangular pyramid depressions 32a are respectively provided with the side surfaces 32b and 32c on which phosphors that emit red, green, and blue light are formed by ultraviolet rays. And 32d constitute a nano-sized pixel, and the mirror 13 performs pixel selection scanning with a response speed of several μs for each triangular pyramid depression 32a with respect to each of the triangular pyramid depressions 32a. Can do.

なお、前述の実施の形態において、三角錐窪み部32aで画素を構成する例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1の実施の形態における説明と同様に、四角錐窪み部で画素を構成してもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the pixel is configured by the triangular pyramid depression 32a has been described. However, the present invention is not limited to this, and similarly to the description in the first embodiment, You may comprise a pixel by a pyramid hollow part.

また、第1の実施の形態と同様に、第1の透明基板31と第2の透明基板32との間に導電膜を形成する構成してもよい。この構成により、紫外線ビームを三角錐窪み部32aに照射することによって第2の透明基板32の内部に発生する電荷を外部に逃がすことができて好ましい。   Further, similarly to the first embodiment, a conductive film may be formed between the first transparent substrate 31 and the second transparent substrate 32. With this configuration, it is preferable that the charge generated inside the second transparent substrate 32 can be released to the outside by irradiating the triangular pyramid depression 32a with an ultraviolet beam.

以上のように、本発明に係る画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法は、ナノサイズの画素を有し、実時間駆動に対応することができるという効果を備え、実像型の立体映像を実時間で表示するディスプレイ、眼鏡に搭載されたディスプレイ、超小型で高精細なウエアラブルディスプレイ等に用いることができる画素基板及び空間光変調器並びに画素基板の製造方法等として有用である。   As described above, the pixel substrate, the spatial light modulator, and the method for manufacturing the pixel substrate according to the present invention have the effect of having nano-sized pixels and being able to support real-time driving, and are It is useful as a pixel substrate and a spatial light modulator that can be used for a display that displays an image in real time, a display mounted on spectacles, an ultra-compact and high-definition wearable display, a manufacturing method of the pixel substrate, and the like.

本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態における構成を概念的に示す図 (a)第1の実施の形態における空間光変調器の構成を概念的に示す図 (b)第1の実施の形態における画素基板の概念的な平面図The figure which shows notionally the structure in 1st Embodiment of the spatial light modulator which concerns on this invention (a) The figure which shows notionally the structure of the spatial light modulator in 1st Embodiment (b) 1st Conceptual plan view of a pixel substrate in the embodiment 本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態において、1画素を構成する三角錐突起部とビームスポットとの関係を示す説明図Explanatory drawing which shows the relationship between the triangular pyramid projection part which comprises 1 pixel, and a beam spot in 1st Embodiment of the spatial light modulator which concerns on this invention. 本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態において、X線照射工程及び現像工程の説明図 (a)PMMA膜に対するX線吸収量の厚さ方向の分布を示す図 (b)現像後の三角錐突起アレイを示す図FIG. 4 is an explanatory diagram of an X-ray irradiation process and a development process in the first embodiment of the spatial light modulator according to the present invention. (A) A diagram showing a distribution in the thickness direction of an X-ray absorption amount with respect to a PMMA film. Diagram showing rear triangular pyramidal projection array 本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態において、空間光変調器に用いるワーキングモールドのナノインプリントプロセスによる作製方法についての説明図 (a)三角錐突起アレイの説明図 (b)電鋳工程の説明図 (c)リフトオフ工程の説明図 (d)プレポリマーを流し込む工程の説明図 (e)紫外線照射工程の説明図 (f)ポリマーのワーキングモールドが得られた状態を示す図Explanatory drawing about the manufacturing method by the nanoimprint process of the working mold used for a spatial light modulator in 1st Embodiment of the spatial light modulator which concerns on this invention (a) Explanatory drawing of a triangular pyramidal projection array (b) Electroforming Explanatory drawing of process (c) Explanatory drawing of lift-off process (d) Explanatory drawing of process for pouring prepolymer (e) Explanatory drawing of ultraviolet irradiation process (f) Diagram showing a state in which a working mold of polymer is obtained 本発明に係る空間光変調器の第1の実施の形態における蛍光体材料の堆積工程の説明図 (a)三角錐突起アレイの平面図及びEE断面図 (b)三角錐突起アレイの平面図及びFF断面図 (c)三角錐突起アレイの平面図及びGG断面図Explanatory drawing of the deposition process of the phosphor material in 1st Embodiment of the spatial light modulator which concerns on this invention (a) Top view and EE sectional drawing of triangular pyramidal projection array (b) Plan view of triangular pyramidal projection array FF cross section (c) Plane view and GG cross section of triangular pyramidal projection array 本発明に係る空間光変調器の第2の実施の形態における構成を概念的に示す図The figure which shows notionally the structure in 2nd Embodiment of the spatial light modulator which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 空間光変調器
11 紫外線レーザ(ビーム生成手段)
12 ビームアパチャ
13 ミラー(ビーム照射手段)
20、30 画素基板
21、31 第1の透明基板
22、32 第2の透明基板
22a 三角錐突起部
22b、22c、22d 三角錐突起部の側面
32a 三角錐窪み部
32b、32c、32d 三角錐窪み部の側面
10 Spatial light modulator 11 Ultraviolet laser (beam generating means)
12 Beam aperture 13 Mirror (beam irradiation means)
20, 30 Pixel substrate 21, 31 First transparent substrate 22, 32 Second transparent substrate 22a Triangular pyramidal projections 22b, 22c, 22d Triangular pyramidal projection side surfaces 32a Triangular pyramidal depressions 32b, 32c, 32d Triangular pyramidal depressions Part side

Claims (9)

第1の透明基板と、複数の角錐形状の突起部を有する第2の透明基板とを備え、
前記角錐形状の底面に相当する面は、前記第1の透明基板の一の面に対向し、前記突起部の頂点は、前記角錐形状の底面に相当する面に対して前記第1の透明基板とは異なる側に位置し、前記角錐形状の突起部の各側面には、それぞれ蛍光体が形成されたことを特徴とする画素基板。
A first transparent substrate, and a second transparent substrate having a plurality of pyramidal projections,
The surface corresponding to the bottom surface of the pyramid shape faces one surface of the first transparent substrate, and the apex of the protrusion is the first transparent substrate with respect to the surface corresponding to the bottom surface of the pyramid shape. A pixel substrate, characterized in that a phosphor is formed on each side surface of the pyramidal protrusions, which are located on different sides.
第1の透明基板と、複数の角錐形状の窪み部を有する第2の透明基板とを備え、
前記窪み部の頂点は、前記第1の透明基板の一の面に対向し、前記角錐形状の底面に相当する面は、前記窪み部の頂点に対して前記第1の透明基板とは異なる側に位置し、前記角錐形状の窪み部の各側面には、それぞれ蛍光体が形成されたことを特徴とする画素基板。
A first transparent substrate, and a second transparent substrate having a plurality of pyramidal depressions,
The apex of the recess portion faces one surface of the first transparent substrate, and the surface corresponding to the bottom surface of the pyramid shape is a side different from the first transparent substrate with respect to the apex of the recess portion. And a phosphor is formed on each side surface of the pyramidal depression.
前記第1の透明基板と前記第2の透明基板との間に透光性を有する導電膜を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の画素基板。 The pixel substrate according to claim 1, further comprising a light-transmitting conductive film between the first transparent substrate and the second transparent substrate. 前記角錐形状は、三角錐及び四角錐のいずれか一方であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画素基板。 The pixel substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the pyramid shape is one of a triangular pyramid and a quadrangular pyramid. 前記蛍光体は、所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって発光する材料を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画素基板。 5. The pixel substrate according to claim 1, wherein the phosphor includes a material that emits light by a beam of light having a predetermined wavelength or an electron beam. 6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画素基板と、所定波長の光及び電子のいずれかのビームを生成するビーム生成手段と、前記ビームを前記画素基板に照射するビーム照射手段とを備え、
前記ビーム照射手段は、前記ビームの中心を前記角錐形状の頂点から偏心させた状態を含む照射状態で前記各側面の蛍光体を発光させることを特徴とする空間光変調器。
6. The pixel substrate according to claim 1, a beam generation unit that generates a beam of light or electrons having a predetermined wavelength, and a beam irradiation unit that irradiates the pixel substrate with the beam. Prepared,
The spatial light modulator, wherein the beam irradiation means causes the phosphors on the side surfaces to emit light in an irradiation state including a state in which a center of the beam is decentered from the apex of the pyramid shape.
前記ビーム照射手段は、前記各側面の蛍光体をそれぞれ別個に発光させる複数の光学系を備えたことを特徴とする請求項6に記載の空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 6, wherein the beam irradiation unit includes a plurality of optical systems that individually emit the phosphors on the side surfaces. 請求項1、3乃至5のうちいずれか1項に記載の画素基板の製造方法であって、
X線リソグラフィ、電鋳、粉末成形を含むプロセス及びナノインプリントプロセスにより透光性を有する基板に複数の角錐形状の突起部を形成する工程と、前記角錐形状の突起部の各側面のそれぞれに所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって所定色で発光する蛍光体材料を斜め蒸着法により堆積する工程とを含むことを特徴とする画素基板の製造方法。
A method of manufacturing a pixel substrate according to any one of claims 1, 3 to 5,
A step of forming a plurality of pyramidal protrusions on a substrate having translucency by a process including X-ray lithography, electroforming, powder molding and a nanoimprint process; and a predetermined wavelength on each side surface of the pyramidal protrusions Depositing a phosphor material that emits light of a predetermined color by one of the light and electron beams by an oblique vapor deposition method.
請求項2乃至5のうちいずれか1項に記載の画素基板の製造方法であって、
エッチングにより透光性を有する基板に複数の角錐形状の窪み部を形成する工程と、前記角錐形状の窪み部の各側面のそれぞれに所定波長の光及び電子のいずれかのビームによって所定色で発光する蛍光体材料を斜め蒸着法により堆積する工程とを含むことを特徴とする画素基板の製造方法。
A method for manufacturing a pixel substrate according to any one of claims 2 to 5,
A step of forming a plurality of pyramid-shaped depressions on a light-transmitting substrate by etching, and light emission in a predetermined color by one of light and electron beams of a predetermined wavelength on each side surface of the pyramid-shaped depressions Depositing the phosphor material to be deposited by oblique vapor deposition.
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