JP3613549B2 - 反射型画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の加速度的な情報化社会において、情報を人間と機械の間でやり取りするためのマン・マシンインターフェースとしてのディスプレーの役割は高まりつづけている。
【０００３】
従来のディスプレーには蛍光体を電子線や紫外線などで励起して発光させるタイプ（ブラウン管、蛍光表示管、電界放射型ディスプレー、プラズマディスプレー、無機ＥＬなど）、電界により画素の状態を変調するタイプ（液晶ディスプレー、電気泳動ディスプレーなど）、正孔と電子の再結合による発光を用いるタイプ（有機ＥＬ、ＬＥＤディスプレーなど）等が知られている。いずれも、各画素を印加電圧や電流の変化によって直接的に刺激し、各画素における「色の変化」（光学応答の変化）をもたらす仕組みになっている。
【０００４】
これに対し、光刺激によって各画素における光学応答の変化を起させるタイプのディスプレーも知られている。
【０００５】
このような光学式のディスプレーの１例として、ＬｅｅらによってＳＩＤ ９７ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ６３１−６３４（１９９８）において報告されているようなレーザーを用いたタイプのものがある。
【０００６】
このＬｅｅらによるディスプレーは、図１５に示すような構成になっており、Ｋｒ−Ａｒレーザーから発せられる白色のレーザー光を３本に分け、それぞれの光を、赤・緑・青のフィルターと光の強度を変調するための音響光学変調素子を通した後、同一の光軸上に乗せる。そして、回転多角形ミラーと振動ミラーを用いてレーザー光方向を上下左右に振動させながら、前方に設けたスクリーンにレーザー光を投射する仕組みを持っており、このような単純な構造によって、大画面に画像を投影・形成する事が可能となる。しかしながら、このディスプレーにおいては、輝点はレーザー光とスクリーンとの交点に形成されるため、薄型平面型のディスプレーとはならない。
【０００７】
薄型平面型のディスプレーを実現可能なタイプとしては、２本のレーザー光の交点に２光子吸収によるアップコンバージョンをもちいて、輝点が形成されるタイプのディスプレーが報告されている。
【０００８】
薄型平面型の例は、米国特許５７６４４０３号において開示されているものであり、図１６に仕組みの概略を示す。図１６において、１６１、１６２はレーザー光源、１６３、１６４はミラーをそれぞれ示している。本体１６５は、フォノン生成率の少ない透明な媒体に希土類イオンをドープしたものである。
【０００９】
２本のレーザー光、１６６と１６７の交点１６８において、本体１６５中の媒体にドープされた希土類イオンは、２光子吸収によって励起され、蛍光を発する。
【００１０】
このとき、レーザー光、１６６と１６７に赤外光を用い、波長の差を十分大きく設定しつつ、２本のレーザー光、１６６と１６７の波長の和が希土類イオンの吸収帯の波長に収まるように設定することによって、交点１６８においてのみ蛍光が発せられる。これは２光子吸収を起させるためには片方のレーザーの光子２個分のエネルギーは大きすぎるか、または小さすぎるが、２本のレーザーの光子のエネルギーの和は希土類イオンの吸収帯に収まるように設定しているからである。
【００１１】
この交点１６８を、ミラーなどのレーザー光の方向を変える手段によって移動させ、同時に光の強度を変調することによって、画像表示が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、２光子吸収を用いたディスプレーは、複雑なマトリックス配線やＴＦＴを用いずに、平面型のディスプレーを実現するための強力な手段を提供することが出来る。
【００１３】
しかし、２光子吸収による、蛍光を用いたディスプレーには次のような問題がある。すなわち、蛍光の強度が入力光であるレーザー光の強度に直接的に依存する上に、２光子吸収自体が高効率では起こらないために、極めて小型のディスプレーにおいてのみしか実用的な明るさを達成できない。特に高精細なディスプレーにおいては、画素の数が増大するため、より小さいディスプレーしか実現できない。レーザーの個数を増やすことにより、輝度を上げる構成も提案されているが、コストや輝度ムラの発生、また余剰エネルギーに基づく発熱等の面で問題が発生する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、１つまたは複数の光源と、
前記光源からの光を制御する制御装置と、
可視光を反射する反射板と、
前記反射板上に形成され、ポリジアセチレン、ポリチオフェン及び電荷移動錯体から成る群の有機材料の少なくとも１種とＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳ及びＺｎＯから成る群の無機半導体の少なくとも１種とを含み、前記光源からの光が照射される媒質とを具備し、前記制御装置により前記光源からの光を２方向から交差させて前記媒質に照射すると、前記媒質中の前記無機半導体の２光子吸収帯が共鳴して励起され、この励起状態が前記有機材料に移動して前記有機材料が励起され、前記媒質中の前記光の交点周辺の可視光に対する光学応答が変化することを特徴とする反射型画像表示装置を提供する。
【００１５】
本発明の画像表示装置は、２方向からの光の波長が各々異なっても良い。
【００１６】
また本発明の画像表示装置は、光の交差する角度を固定して交点を移動しても良い。
【００１７】
さらに本発明の画像表示装置は、媒質が、ポリジアセチレン、ポリチオフェン及び電荷移動錯体から成る有機材料の少なくとも１種と、ＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯから成る無機半導体の少なくとも１種とを含んでも良い。
【００１８】
また本発明の画像表示装置は、媒質に照射する光の量を制御して階調表現を行っても良い。
【００１９】
さらに本発明の画像表示装置は、媒質が画素毎に区切られても良いし、さらにその場合、光学応答の変化する光の波長が異なる複数種の媒質を用いて複数種の画素を形成し、複数種の画素を所定の順序に配置しても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明の画像表示装置は、光源からの２方向の近赤外光等の光を、基板上に形成される媒質に交差させて照射することにより、可視光の吸収率、反射率、透過率の光学応答係数が変化することを利用して画像を表示する。本発明の画像表示装置で媒質に光を照射し、光学応答変化を誘起する仕組みについて説明する。
【００２２】
本発明において、媒質としては、例えば基板上に有機材料と無機半導体の混合物を含むものを用いる。特に無機半導体としては半導体超微粒子が好ましく用いられる。
【００２３】
有機材料としては、ポリジアセチレンやポリチオフェン、テトラチオフルバレン−クロロアニル（ＴＴＦ−ＣＡ）等が用いられる。例としてポリジアセチレンにおける、光照射による光学応答特性変化について説明する。
【００２４】
ポリジアセチレン系は、近赤外光等の光照射を行う場合と行わない場合で、可視光の吸収率、屈折率、透過率、反射率等の光学応答変化を誘起することが可能な材料である。
【００２５】
このような光学応答特性変化の現象は、例えば図１に示される分子が光子を吸収する事により、これらの分子の一次元的に配列した炭素原子の主鎖の結合交代および結晶構造に変化が起こることに起因するとされている。構造としては、光を吸収する事によりアセチレン型（ａ）からブタトリエン型（ｂ）へと変化する。吸収された光子１個に対して、図１に示す炭素原子４個及び側鎖Ｒ、Ｒ′からなる単位の数百〜数千個程度分が、構造変化する。
【００２６】
しかしながら、このような結晶構造変化の起こる割合は、光吸収強度の小さい波長領域において高いという傾向がある。その為、高効率な構造変化、及びそれに誘起される光学応答の変化が見られない。従って、本発明では高効率な光学応答変化を誘起する為に、上記有機材料と無機半導体を混合したものを用いる。
【００２７】
無機半導体としては、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）超微粒子等が用いられる。
【００２８】
このような半導体超微粒子に対し、例えば、近赤外光等の適当な波長の２本の光を交差させて照射し、ＣｄＳｅ超微粒子の２光子吸収帯に共鳴させる。この励起状態は、高効率に生成する事が可能であり、さらにこの励起状態はナノ秒程度の時間で有機材料に移動する。その結果、このように有機材料と半導体超微粒子を混合して用いる事により、直接有機材料に光照射を行なったのと同様な励起状態を、高効率に生成する事が出来る。
【００２９】
以上により、弱い光照射によって高効率に構造変化が誘起され、それに伴い可視光に対する広範囲かつ大きな光学応答係数の変化が誘起される。さらに、光照射停止後も、この光学応答変化は約１０ミリ秒以上持続させ得る為、低強度光照射による画素材料に適していると言える。
【００３０】
上記のような結晶構造の変化は、ポリアセチレン以外にもＴＴＦ−ＣＡやポリチオフェンにおいてもほぼ同様に観測される為、画素材料として適していると言う事が出来る。その他、同様の性質を持つ材料を用いても良い。
【００３１】
光照射に対する反射率、屈折率、透過率そして吸収率といった光学応答に変化を生じる２本の光の交点は、媒質中の任意の領域を指定する事が出来る。また、この領域の広さは、例えば２本の光がレーザー光であれば波長程度の広がりを持っており、約５００ｎｍ２から約１μｍ２程度を下限とする。この領域を画素とし、媒質を画素の集合体とみなして２本の光を照射する位置を鏡、レンズを用いて制御して、アドレッシングを行い、それと共に、各画素の光学応答変化のスイッチングを、照射の有無によって行う。
【００３２】
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態の画像表示装置の画像形成部を構成する材料は、４Ｕ２−ポリジアセチレン中に、ＣｄＳｅ超微粒子を分散するものとし、ＣｄＳｅ超微粒子は、その平均粒径を約３±０．３ｎｍとし、画素の材料１立方ｍｍあたりに約１０１５個以上含まれる様にする。
【００３３】
次に、上記材料を用いた媒質を光学系と組み合わせる方法について説明する。まず、図２に、この媒質を用いたパネルの主要部の概観を模式的に示す。
【００３４】
図２において、２１は画像形成部、２２がＸ方向アドレス用のレーザー光、２３がＹ方向アドレス用のレーザー光であり、２４が２本のレーザー光の交点である。２本のレーザー光の交点２４では、２光子吸収、またそれによる、可視光に対する光学応答の変化が起こり、選択的に画像の書き換えが行われている。図示しないが、画像形成部２１は、可視光を反射する反射板上に、上記した媒質を塗布している。
【００３５】
図３に、パネルの構成要素を示す。パネルは画像形成部２１、Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２が順に貼り合わされた形になっている。ここでＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２の中では図３の矢印方向にレーザー光が伝播する。Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２から射出されるレーザー光は、画像形成部２１の２辺にそれぞれ沿って設けられたミラー３３によって画像形成部２１内へと導かれる。画像形成部２１内へ導かれたレーザー光２２、２３のうち、画像形成部２１を反対側に突き抜けた光は、ミラー３３と反対側の２辺に設けられたレーザートラップ３４によって吸収される。
【００３６】
レーザー光のＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２の仕組みをそれぞれ図４、図５に示す。図４、図５は、レーザーの向きがＸ方向、Ｙ方向である以外はほぼ同様であるので、必要な箇所以外は図４のみを用いて説明を行う。
【００３７】
図４において、４１はレーザーダイオードである。レーザーダイオード４１の発振波長は約８００ｎｍ、出力は約５０ｍＷである。図５のレーザーダイオード５１の発振波長は約８５０ｎｍ、出力は約５０ｍＷである。
【００３８】
また、４２はレーザー光の強度調整を行う光学シャッターであり、本実施例では交流駆動のホログラフィック液晶シャッターを用い、図５の光学シャッター５２にはポッケルスセルを用いた。４２は１メガヘルツ程度、５２は５０メガヘルツ程度の周波数で動作し、レーザー光の強度調整を行う。このようにレーザー光を強度変調する事により、２光子吸収量、ひいては光学応答の変化量が変わり、階調表現が可能となる。
【００３９】
レーザー光は、これらの要素によって強度変調を受けた後、収束レンズ系４３、集光レンズ系４４を通り、ミラー４５によって回転多角形ミラー４６に入射する。回転多角形ミラー４６の回転速度は約１０キロヘルツである。また、回転方向は矢印に示される通りである。本実施形態において用いる回転多角形ミラー４６は、マイクロマシン加工された厚さ約５００μｍ、直径約４ｍｍの大きさの、六角形ミラーであるが、サイズ、形ともにこれらに限定されるものではない。
【００４０】
回転多角形ミラー４６には補正レンズ４７が組み合わされている。補正レンズ４７は光の方向を補正し、改めて集光を行うものである。補正レンズ４７を通った光は平面導光路４８に入射し、平面導光路４８中の矢印で示すように、パラボラミラー４９によって進行方向がＸ方向に揃えられている。
【００４１】
進行方向の揃えられたレーザー光は、ミラー３３によって、進行してきた面と垂直方向に射出され、画像形成部２１へと導かれ、レーザー光の交点で可視光に対する光学応答が変化する事により画像表示が可能となる。ミラー３３にあたるレーザー光のＹ方向の位置は、回転多角形ミラー４６によって、連続的に変化し、このレーザー光に照射される媒質のＹ方向の位置も、変化する。このような２方向からの光照射によってある部位の媒質の光学応答を変化させ、この微小領域を画素として取り扱い、この微小領域を移動させることにより、連続的な媒体層を微小画素の集合体として取り扱うことが可能となる。なお、画像形成部２１の１画素に値する微小領域にレーザーが照射される時間は、約１５ｍｓｅｃとなる。また、その程度レーザーが照射された場合の１画素の大きさは、約１立方ｍｍとなる。
【００４２】
本実施形態においては、２光子吸収を用いた画像表示装置において、吸収率、透過率や反射率の光学応答係数の変化を利用する。その為、２光子吸収による蛍光を利用した画像表示装置は、輝度の上限がレーザーの出力となるのに対し、本実施形態では、そういった限界のない高輝度な反射型ディスプレーを実現する事が出来る。上記光学応答係数の変化は、光照射開始後直ちに起こり、かつ照射終了後も１０ｍｓｅｃから１５ｍｓｅｃ程度の時間、持続する為に、高いコントラストを有する高品位の画像が実現される。さらに、レーザー光の強度を変調する事により階調表現が可能であり、またレーザー光の強度は連続的に変化可能であるため、多数の色調による表示が可能となる。
【００４３】
また、蛍光を利用するディスプレーの場合は、高輝度かつ大型なディスプレーを得るためには、多数個のレーザーを用いる必要があるのに対し、本実施形態の表示装置では、２つのレーザーを用いて、十分高輝度かつ大型のディスプレーを得る事が出来るため、コスト面でも効果があると言える。
【００４４】
さらに、本実施形態の画像表示装置は、半導体超微粒子を用いる事により、有機材料に対して高効率にエネルギーを移動可能である。従って、従来の自発光型の２光子吸収を用いたディスプレーに比較して、必要とされる光子の数が１千分の１から１万分の１程度で済むため、消費電力面でも効果を得る事が出来る。
【００４５】
また、２本のレーザーが互いに成す角度は、本実施形態では常にほぼ垂直に保たれているので、２本のレーザーの交点、つまり画素に値する領域の形、大きさが、均一である。その為、より精密な画像を得る事も出来る。
【００４６】
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態については、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
本実施形態は、画像形成部の媒質が画素毎に区切られている点が、第１の実施形態と異なる。図６に示すように、本実施形態の画像形成部２１では、可視光を反射する第１の反射板６４、赤外光を反射する第２の反射板６５、ポリメチルメタクリレートから成る導光路６１が積層され、その上面に画素６２がパターニングして設けられている。この画素６２は、光学応答が変化する媒質が分離して設けられており、このように、媒質を画素６２毎に分ける事により、Ｘ方向アドレス用レーザー光２２とＹ方向アドレス用レーザー光２３の交点、つまり書き換えの行われる画素６３が明確になる。
【００４８】
また、各々の画素６２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類があり、例えばＲＧＢＲＧＢ…となるように、順番に並んで設けられている。
【００４９】
これらパターニングされた画素６２の各々は、図７（ａ）に示すように、有機材料７１を主成分とする媒体に半導体超微粒子７２が分散されたものが、導光路６１上に設けられる事により形成されている。また、この画素６２の側面には、導光路６１内のレーザー光が画素６２に伝播しやすいように、テーパー７３が設けられている。
【００５０】
本実施形態では、（ｉ）４Ｕ２−ポリジアセチレン、（ｉｉ）ＴＴＦ−ＣＡ、（ｉｉｉ）４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンの３種類を有機材料として用いることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ、３色の画素６２を形成する。このうち、Ｒは（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の、Ｇは（ｉ）および（ｉｉｉ）の、そしてＢは（ｉ）および（ｉｉ）のそれぞれ混合物を含み、その混合比はいずれも重量比で約１対１である。また半導体超微粒子７２は第１の実施形態と同様に、粒径約３ｎｍ±０．３ｎｍのＣｄＳｅ超微粒子とする。
【００５１】
次に、画素６２の製造方法について説明する。
【００５２】
本実施形態では画素６２の一つ一つを形成する方法として、図７（ｂ）に示すように、インクジェット法を用いる。しかし、画素の形成方法としてはこれに限定されるものではなく、スピンコート法、ドクターブレード法、スプレー法と露光によるパターンニング法等、様々な方法を用いる事が出来る。
【００５３】
本実施形態における画素６２の形成工程の側面図と斜視図を図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す。図７（ｂ）に示すように、有機材料７１と半導体超微粒子７２の混合溶液はインクジェット法によって、噴射ノズル７４より導光路６１上に射出付与される。本実施形態では、有機材料７１と半導体超微粒子７２の混合溶液を形成する際、溶媒としてはキシレンを用いる。また、テーパー７３を形成するため、図７（ｃ）に示すように、画素６２の中央の部分で、より緻密に溶液の付与を行う。
【００５４】
このようにして、短辺約１５０μｍ、長辺約３００μｍの画素６２を形成する。画素間距離は、約３００μｍとする。
【００５５】
次に、以上のようにして形成した本実施例における画素６２の、光学応答の変化の起こる仕組みを、図８を用いて説明する。
【００５６】
図８において、第１の実施形態と同様に形成されるＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２から射出されたレーザー光は、ミラー３３によって画像形成部２１中の導光路６１に入射し、一部の光は画素６２内へと伝播する。図８中、緑色画素ＧはＸ方向アドレス用レーザー光２２、Ｙ方向アドレス用レーザー光２３の両方によって照射を受けているため、２光子吸収が起きて画素Ｇの光学応答が変化し、色が黒から緑色へ変化している。これは、可視光のうち、緑色付近の光の吸収率がレーザー光の照射によって低下したために、画素Ｇへの入射光の緑色以外のスペクトルが画素Ｇによって吸収され、残りが第１の反射板６４によって散乱・反射光として放出される為である。
【００５７】
このとき、コントラストは外光のスペクトルにも依存するが、３から１０程度となった。これは、多数個のレーザーを用い、蛍光を利用する画像表示装置と同程度のコントラストとなり、２つのレーザーのみを用いる本実施形態の画像表示装置は、コスト面、省電力面で効果があるといえる。
【００５８】
なお、図８中、レーザー光、２２、２３としては、画素６２内に入射する１本の光のみを示したが、画像形成部２１中の導光路６１、Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２中では実際、光は様々な経路を経て伝播している。
【００５９】
本実施形態における画像表示装置は例えば次のようなものに応用出来る。図９は、列車の駅構内等において柱９１に設けられる広告媒体への応用を示す図である。本実施形態における画像表示装置９２は、光源、走査機構共に薄型に形成する事が出来、またミラーは本体と一体化して、薄膜で形成可能である。従って、画像表示装置全体に可塑性を付与することが可能となり、ディスプレーを柱９１の曲面に沿って設置することが可能となる。
【００６０】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
本実施形態は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を用いる原色系の画素配置に替わり、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の補色系の画素を採用した例である。各画素は、第２の実施形態と同様に、有機材料と半導体超微粒子の混合物を用いるが、Ｃ、Ｍ、Ｙではそれぞれ有機材料として、４Ｕ２−ポリジアセチレン、ＴＴＦ−ＣＡ、４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンを用いる。半導体超微粒子の大きさ、画素の大きさ等の条件は、第２の実施形態と同様で良い。
【００６２】
本実施形態の表示装置の基本的な構成要素は、第２の実施形態において説明したものと同様であるが、本実施形態において、パネルは、Ｃ、Ｍ、Ｙそれぞれの色のパネルを３枚重ねたものを用いる。各々のパネルはＣ、Ｍ、Ｙいずれかの色の画素を有している。
【００６３】
図１０に本実施形態における補色系のパネルの構成図を示す。図１０に示すように、本実施形態においては、シアンパネル１０１、マゼンダパネル１０２、イエローパネル１０３が重ねられている。それぞれのパネルに対し、１組のＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構が組み合わされている。図１０では、Ｘ方向走査機構３１のみ示している。これらのＸ方向走査機構並びにＹ方向走査機構は図４、図５に示したものと同様のものを用いれば良い。
【００６４】
各色のパネルは、第２の実施形態と同様にインクジェット法によって形成し、３枚のパネルを重ね合わせた後、全体を真空容器に封じる。インクジェットによる印刷は乾燥窒素雰囲気で行う。真空封止と乾燥窒素雰囲気での作成は、水や酸素と有機層との反応が防止される為に、パネルの寿命を伸ばす効果がある。
【００６５】
本実施形態で採用した補色系の画素構成によれば、３色の異なる画素を設置する必要がなくなったために光の利用効率が高まり、明るさ・コントラストともに原色系の画素構成を用いた場合に比べ向上した。コントラストは最大約３０に達した。
【００６６】
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６７】
本実施形態は、第２の実施形態とは導光路が異なる。第２の実施形態において用いる導光路では、時として、走査機構の不具合や、光学系等のむらによって乱れが生じ、パネル内で混色が生ずることがある。そこで本実施形態では図１１に示す構造による検討を行う。
【００６８】
本実施形態においては、図１１（ａ）に示すように、２種類の導光路を対向配置する。それぞれは、Ｘ方向とＹ方向に画素ピッチで分離され、Ｘ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２としている。そして、Ｘ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の交差した部分に、画素として有機材料−半導体超微粒子分散層１１３を挟んだ構造とする。
【００６９】
有機材料−半導体超微粒子分散層１１３はＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の両方に対してテーパーを有している。テーパーは、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ方向には上向きに広がりを持ち、Ｙ方向には下向きに広がりを持つ。図１１に示されるように、光は、有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の上側と下側、つまりＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２からそれぞれ進入し、また、それぞれ上側と下側に戻る。このときに、上側、下側から同時に光の進入を受けた、図１１中の矢印の交差する有機材料−半導体超微粒子分散層１１３のみへの書き込みが行われる。書き込みによってもたらされる有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の光学応答の変化は、第２の実施形態において説明したものと同様である。
【００７０】
本実施形態の両面テーパー構造を有する表示装置の作成方法を説明する。まず、あらかじめ表面エネルギーを高くするための処理を施された石英ガラス、蒸着されたニッケルから成るマスク層、上述したものと同様の石英ガラスを積層する。マスク層には、後にＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の交点となる部分のうち、端部と成る部分にダミースペーサーを設ける。
【００７１】
次に上面に形成された石英ガラスを、太さ約３００μｍ、間隔約３００μｍのストライプ状となるようフッ酸とフッ化アンモニウムを約１：７に混合した溶液によりエッチングする。この時、マスク層、ダミースペーサーはエッチングされない。
【００７２】
この３層から成る薄板を裏返し、可視光を反射する反射板の上にのせる。そして、同様にして、上記した方向と垂直方向に、エッチングされていない側の面の石英ガラスをエッチングする。その後マスク層を除去する事により、図１２に示すように、ダミースペーサ−１２１を介して、石英ガラスが直交し、等間隔に保たれる。図１２では、反射板は図示していない。
【００７３】
これをＸ方向導光路１１１、Ｙ方向導光路１１２とし、注入器１２２によって各画素となる部分へ、溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の注入を行う。
【００７４】
この注入工程は乾燥窒素雰囲気で行い、パネル全体は約３００℃に保って行う。溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３は注入後、導光路の交点に毛管現象によって吸引される。さらに、各導光路の表面エネルギーは溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の表面エネルギーより高い。従って、溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３は各導光路の表面に広がり、テーパーが形成される。なお、図１２では注入器１２２の針は１本のみ図示されているが、多数本の注入器を配置して注入しても良い。
【００７５】
本実施形態では、このような構成により、加工が容易であり、パネル内で混色のない画像表示装置を得る事が出来る。
【００７６】
次に、第５の実施形態について説明する。
【００７７】
本実施形態は、１つの光源からの光でスキャニングを行うことによって画像形成を行う方式を採用した反射型のディスプレーである。
【００７８】
図１３は本実施形態のディスプレーを示す透視図である。図１３において、１３１は内面が鏡面を有し、放物線の組み合わせによって形成されている曲面である。また、レーザー光源１３２からの約８１０ｎｍの波長の光は、ビームスプリッター１３３等により分けられ、ポッケルスセルを用いたシャッター、収束レンズ、集光レンズ等から成る光学系１３４を通り、回転多角形ミラー１３５、曲面１３１を経る。そして、図示しないミラーにより、画像表示部１３８内に進入するよう方向を変えた後、このＸ方向からのレーザー光１３６、Ｙ方向からのレーザー光１３７を用い、上述した実施形態と同様に画像を表示する。画像表示部１３８は、これまでの実施形態と同様の材料、方法で形成すれば良い。
【００７９】
本実施形態では、１本の光源でスキャニングを行うのみで媒体の光学応答を変化させる事が可能である為に、従来のような蛍光体を用いた自発光型のディスプレーに比べ、さらに低コストな画像表示装置が作成可能となる。
【００８０】
次に、第６の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８１】
本実施形態は、第２の実施形態とはレーザーの走査機構が異なる。本実施形態では、画像形成部のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれ１辺にマイクロマシン加工によって形成した反射鏡群を並べ、それらを機械的に制御することによってレーザー光を照射して画素の指定を行うことを特徴とする。表示部分の材料は第３の実施形態に挙げたものと同様に、有機材料として４Ｕ２−ポリジアセチレン、ＴＴＦ−ＣＡ、４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンを用い、それらを用いた３層を重ねてフルカラー表示を行う。
【００８２】
図１４は本実施形態の画素指定を説明する模式図であり、１４０１は上記媒体の第１層、１４０２は、波長約８５０ｎｍの光を発生し、光を光学シャッターによって強度変調するレーザー光源（出力約５０ｍＷ）である。１４０３は、波長約８００ｎｍの光を発生し、光を光学シャッターによって強度変調するレーザー光源（出力約５０ｍＷ）である。
【００８３】
レーザー光源１４０２、１４０３から照射されたレーザー光１４０４、１４０５は、反射鏡１４０６、１４０７によって反射ミラー群１４０８、１４０９の設けられる方向と平行に進行するよう制御される。そして、レーザー光１４０４、１４０５は、反射ミラー群１４０８、１４０９から選択されるそれぞれの一つの鏡によって反射されて、媒体の第１層内を進行し、第３の実施形態と同様に交点１４１０の光学応答を変化させ、画像の表示を行う。
【００８４】
レーザーの走査機構としては、マイクロマシン加工によって形成した反射ミラー群１４０８、１４０９の各反射ミラーを電気的に制御し、各反射ミラーが入射したレーザー光１４０４、１４０５を媒体の第１層１４０１の方向に反射する位置にあるか、または光路上から外れた位置にあるかのいずれかとする。
【００８５】
そして、反射ミラー群１４０８のうち、例えば一番反射鏡１４０６に近い反射ミラーをレーザー光１４０４の光路上に設置して固定し、反射ミラー群１４０９から選ばれる、レーザー光１４０５を反射する反射ミラーを、例えば反射鏡１４０７に近い方から数えて１番目、２番目…と変えていくことにより、各行を順に走査することが可能となる。
【００８６】
さらに、１列の走査が全て終了した後に反射ミラー群１４０８のうち、上述した反射ミラーの次に反射鏡１４０６に近い反射ミラーを、レーザー光１４０４の光路上に設置して固定し、反射ミラー群１４０９から選ばれる、レーザー光１４０５を反射する反射ミラーを、例えば反射鏡１４０７に近い方から数えて１番目、２番目…と変えていくことにより、各行を順に走査する。この動作を繰返し、全ての列の走査が終わると、全画面の画像表示が完了し、これを連続的に行い動画像表示が実現される。なお、媒体の第１層１４０１において吸収されなかったレーザー光は、オプティカルトラップ１４１１、１４１２によって吸収される。
【００８７】
第２層、第３層については図示しないが、同様に走査を行えば良い。なお、レーザー光源１４０２、１４０３からの光を光学シャッターによって強度変調する装置のみは、各層で別に設けるが、それ以外は共通としても良い。つまり、レーザー光源１４０２、１４０３を共通とし、光を３本に分けて強度変調を行ってから、図１４の奥行き方向に幅を持つ反射鏡１４０６、１４０７および反射ミラー群１４０８、１４０９を３層で共通に使用しても良い。
【００８８】
以上のように、本実施形態により、さらに可塑性が高く、かつ軽量化された画像表示装置が可能となる。
【００８９】
本発明は、以上詳述した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、ＣｄＳｅの代わりに塩化銅Ｉ（ＣｕＣｌ）や硫化カドミウム（ＣｄＳ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯなどを用いることも可能である。特に、これらの中でもＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯは、２光子吸収によって得たエネルギーを、有機材料に対して効率的に移動できるために、好ましい材料であると言える。
【００９０】
また、有機材料としては上記実施例に挙げられたポリジアセチレン以外のポリジアセチレン系高分子を始め、ポリアセチレン、ポリチオフェン、フォトクロミック有機分子等を用いることも可能である。特にポリジアセチレン系高分子、ポリチオフェン及び電荷移動錯体は弱い光照射でも光学応答が変化するために、光励起による光学特性変化効率の大幅な向上が可能となる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば高輝度、低消費電力の表示装置を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリジアセチレンの主鎖部分が、（ａ）アセチレン型と（ｂ）ブタトリエン型である分子の化学式である。
【図２】本発明の第１の実施形態の表示装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の表示装置の構成要素を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の表示装置のＸ方向走査機構を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の表示装置のＹ方向走査機構を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の表示装置の画像形成部を示す模式図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも本発明の第２の実施形態の表示装置の画像形成部の作成方法を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の表示装置の応用例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも本発明の第４の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の表示装置における画像形成部の形成方法を説明する図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の表示装置を説明する図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の表示装置を説明する図である。
【図１５】従来の光励起型の蛍光発光ディスプレーの構成を示す図である。
【図１６】従来の２光子吸収を用いた平面型の蛍光発光ディスプレーの構成を説明する図である。
【符号の説明】
２１…画像形成部
２２…Ｘ方向アドレス用レーザー光
２３…Ｙ方向アドレス用レーザー光
２４…レーザー光の交点
３１…Ｘ方向走査機構
３２…Ｙ方向走査機構
３３…ミラー
３４…レーザートラップ
４１，５１…レーザーダイオード
４２，５２…光学シャッター
４３，５３…収束レンズ系
４４，５４…集光レンズ系
４５，５５…ミラー
４６，５６…回転多角形ミラー
４７，５７…補正レンズ
４８，５８…平面導光路
４９，５９…パラボラミラー
６１…導光路
６２…画素
６３…書き換えの行われる画素
６４…第１の反射板
６５…第２の反射板
７１…有機材料
７２…半導体超微粒子
７３…テーパー
７４…噴射ノズル
９１…柱
９２…画像表示装置
１０１…シアンパネル
１０２…マゼンダパネル
１０３…イエローパネル
１１１…Ｘ方向導光路
１１２…Ｙ方向導光路
１１３…有機材料−半導体超微粒子分散層
１２１…ダミースペーサー
１２２…注入器
１３１…曲面
１３２…レーザー光源
１３３…ビームスプリッター
１３４…光学系
１３５…回転多角形ミラー
１３６…Ｘ方向からのレーザー光
１３７…Ｙ方向からのレーザー光
１３８…画像表示部
１６１、１６２…レーザー光源
１６３、１６４…ミラー
１６５…本体
１６６、１６７…レーザー光
１６８…交点
１４０１…第１層
１４０２、１４０３…レーザー光源
１４０４、１４０５…レーザー光
１４０６、１４０７…反射鏡
１４０８、１４０９…反射ミラー群
１４１０…交点
１４１１、１４１２…オプティカルトラップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の加速度的な情報化社会において、情報を人間と機械の間でやり取りするためのマン・マシンインターフェースとしてのディスプレーの役割は高まりつづけている。
【０００３】
従来のディスプレーには蛍光体を電子線や紫外線などで励起して発光させるタイプ（ブラウン管、蛍光表示管、電界放射型ディスプレー、プラズマディスプレー、無機ＥＬなど）、電界により画素の状態を変調するタイプ（液晶ディスプレー、電気泳動ディスプレーなど）、正孔と電子の再結合による発光を用いるタイプ（有機ＥＬ、ＬＥＤディスプレーなど）等が知られている。いずれも、各画素を印加電圧や電流の変化によって直接的に刺激し、各画素における「色の変化」（光学応答の変化）をもたらす仕組みになっている。
【０００４】
これに対し、光刺激によって各画素における光学応答の変化を起させるタイプのディスプレーも知られている。
【０００５】
このような光学式のディスプレーの１例として、ＬｅｅらによってＳＩＤ ９７ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ６３１−６３４（１９９８）において報告されているようなレーザーを用いたタイプのものがある。
【０００６】
このＬｅｅらによるディスプレーは、図１５に示すような構成になっており、Ｋｒ−Ａｒレーザーから発せられる白色のレーザー光を３本に分け、それぞれの光を、赤・緑・青のフィルターと光の強度を変調するための音響光学変調素子を通した後、同一の光軸上に乗せる。そして、回転多角形ミラーと振動ミラーを用いてレーザー光方向を上下左右に振動させながら、前方に設けたスクリーンにレーザー光を投射する仕組みを持っており、このような単純な構造によって、大画面に画像を投影・形成する事が可能となる。しかしながら、このディスプレーにおいては、輝点はレーザー光とスクリーンとの交点に形成されるため、薄型平面型のディスプレーとはならない。
【０００７】
薄型平面型のディスプレーを実現可能なタイプとしては、２本のレーザー光の交点に２光子吸収によるアップコンバージョンをもちいて、輝点が形成されるタイプのディスプレーが報告されている。
【０００８】
薄型平面型の例は、米国特許５７６４４０３号において開示されているものであり、図１６に仕組みの概略を示す。図１６において、１６１、１６２はレーザー光源、１６３、１６４はミラーをそれぞれ示している。本体１６５は、フォノン生成率の少ない透明な媒体に希土類イオンをドープしたものである。
【０００９】
２本のレーザー光、１６６と１６７の交点１６８において、本体１６５中の媒体にドープされた希土類イオンは、２光子吸収によって励起され、蛍光を発する。
【００１０】
このとき、レーザー光、１６６と１６７に赤外光を用い、波長の差を十分大きく設定しつつ、２本のレーザー光、１６６と１６７の波長の和が希土類イオンの吸収帯の波長に収まるように設定することによって、交点１６８においてのみ蛍光が発せられる。これは２光子吸収を起させるためには片方のレーザーの光子２個分のエネルギーは大きすぎるか、または小さすぎるが、２本のレーザーの光子のエネルギーの和は希土類イオンの吸収帯に収まるように設定しているからである。
【００１１】
この交点１６８を、ミラーなどのレーザー光の方向を変える手段によって移動させ、同時に光の強度を変調することによって、画像表示が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、２光子吸収を用いたディスプレーは、複雑なマトリックス配線やＴＦＴを用いずに、平面型のディスプレーを実現するための強力な手段を提供することが出来る。
【００１３】
しかし、２光子吸収による、蛍光を用いたディスプレーには次のような問題がある。すなわち、蛍光の強度が入力光であるレーザー光の強度に直接的に依存する上に、２光子吸収自体が高効率では起こらないために、極めて小型のディスプレーにおいてのみしか実用的な明るさを達成できない。特に高精細なディスプレーにおいては、画素の数が増大するため、より小さいディスプレーしか実現できない。レーザーの個数を増やすことにより、輝度を上げる構成も提案されているが、コストや輝度ムラの発生、また余剰エネルギーに基づく発熱等の面で問題が発生する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、１つまたは複数の光源と、
前記光源からの光を制御する制御装置と、
可視光を反射する反射板と、
前記反射板上に形成され、ポリジアセチレン、ポリチオフェン及び電荷移動錯体から成る群の有機材料の少なくとも１種とＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳ及びＺｎＯから成る群の無機半導体の少なくとも１種とを含み、前記光源からの光が照射される媒質とを具備し、前記制御装置により前記光源からの光を２方向から交差させて前記媒質に照射すると、前記媒質中の前記無機半導体の２光子吸収帯が共鳴して励起され、この励起状態が前記有機材料に移動して前記有機材料が励起され、前記媒質中の前記光の交点周辺の可視光に対する光学応答が変化することを特徴とする反射型画像表示装置を提供する。
【００１５】
本発明の画像表示装置は、２方向からの光の波長が各々異なっても良い。
【００１６】
また本発明の画像表示装置は、光の交差する角度を固定して交点を移動しても良い。
【００１７】
さらに本発明の画像表示装置は、媒質が、ポリジアセチレン、ポリチオフェン及び電荷移動錯体から成る有機材料の少なくとも１種と、ＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯから成る無機半導体の少なくとも１種とを含んでも良い。
【００１８】
また本発明の画像表示装置は、媒質に照射する光の量を制御して階調表現を行っても良い。
【００１９】
さらに本発明の画像表示装置は、媒質が画素毎に区切られても良いし、さらにその場合、光学応答の変化する光の波長が異なる複数種の媒質を用いて複数種の画素を形成し、複数種の画素を所定の順序に配置しても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明の画像表示装置は、光源からの２方向の近赤外光等の光を、基板上に形成される媒質に交差させて照射することにより、可視光の吸収率、反射率、透過率の光学応答係数が変化することを利用して画像を表示する。本発明の画像表示装置で媒質に光を照射し、光学応答変化を誘起する仕組みについて説明する。
【００２２】
本発明において、媒質としては、例えば基板上に有機材料と無機半導体の混合物を含むものを用いる。特に無機半導体としては半導体超微粒子が好ましく用いられる。
【００２３】
有機材料としては、ポリジアセチレンやポリチオフェン、テトラチオフルバレン−クロロアニル（ＴＴＦ−ＣＡ）等が用いられる。例としてポリジアセチレンにおける、光照射による光学応答特性変化について説明する。
【００２４】
ポリジアセチレン系は、近赤外光等の光照射を行う場合と行わない場合で、可視光の吸収率、屈折率、透過率、反射率等の光学応答変化を誘起することが可能な材料である。
【００２５】
このような光学応答特性変化の現象は、例えば図１に示される分子が光子を吸収する事により、これらの分子の一次元的に配列した炭素原子の主鎖の結合交代および結晶構造に変化が起こることに起因するとされている。構造としては、光を吸収する事によりアセチレン型（ａ）からブタトリエン型（ｂ）へと変化する。吸収された光子１個に対して、図１に示す炭素原子４個及び側鎖Ｒ、Ｒ′からなる単位の数百〜数千個程度分が、構造変化する。
【００２６】
しかしながら、このような結晶構造変化の起こる割合は、光吸収強度の小さい波長領域において高いという傾向がある。その為、高効率な構造変化、及びそれに誘起される光学応答の変化が見られない。従って、本発明では高効率な光学応答変化を誘起する為に、上記有機材料と無機半導体を混合したものを用いる。
【００２７】
無機半導体としては、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）超微粒子等が用いられる。
【００２８】
このような半導体超微粒子に対し、例えば、近赤外光等の適当な波長の２本の光を交差させて照射し、ＣｄＳｅ超微粒子の２光子吸収帯に共鳴させる。この励起状態は、高効率に生成する事が可能であり、さらにこの励起状態はナノ秒程度の時間で有機材料に移動する。その結果、このように有機材料と半導体超微粒子を混合して用いる事により、直接有機材料に光照射を行なったのと同様な励起状態を、高効率に生成する事が出来る。
【００２９】
以上により、弱い光照射によって高効率に構造変化が誘起され、それに伴い可視光に対する広範囲かつ大きな光学応答係数の変化が誘起される。さらに、光照射停止後も、この光学応答変化は約１０ミリ秒以上持続させ得る為、低強度光照射による画素材料に適していると言える。
【００３０】
上記のような結晶構造の変化は、ポリアセチレン以外にもＴＴＦ−ＣＡやポリチオフェンにおいてもほぼ同様に観測される為、画素材料として適していると言う事が出来る。その他、同様の性質を持つ材料を用いても良い。
【００３１】
光照射に対する反射率、屈折率、透過率そして吸収率といった光学応答に変化を生じる２本の光の交点は、媒質中の任意の領域を指定する事が出来る。また、この領域の広さは、例えば２本の光がレーザー光であれば波長程度の広がりを持っており、約５００ｎｍ２から約１μｍ２程度を下限とする。この領域を画素とし、媒質を画素の集合体とみなして２本の光を照射する位置を鏡、レンズを用いて制御して、アドレッシングを行い、それと共に、各画素の光学応答変化のスイッチングを、照射の有無によって行う。
【００３２】
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態の画像表示装置の画像形成部を構成する材料は、４Ｕ２−ポリジアセチレン中に、ＣｄＳｅ超微粒子を分散するものとし、ＣｄＳｅ超微粒子は、その平均粒径を約３±０．３ｎｍとし、画素の材料１立方ｍｍあたりに約１０１５個以上含まれる様にする。
【００３３】
次に、上記材料を用いた媒質を光学系と組み合わせる方法について説明する。まず、図２に、この媒質を用いたパネルの主要部の概観を模式的に示す。
【００３４】
図２において、２１は画像形成部、２２がＸ方向アドレス用のレーザー光、２３がＹ方向アドレス用のレーザー光であり、２４が２本のレーザー光の交点である。２本のレーザー光の交点２４では、２光子吸収、またそれによる、可視光に対する光学応答の変化が起こり、選択的に画像の書き換えが行われている。図示しないが、画像形成部２１は、可視光を反射する反射板上に、上記した媒質を塗布している。
【００３５】
図３に、パネルの構成要素を示す。パネルは画像形成部２１、Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２が順に貼り合わされた形になっている。ここでＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２の中では図３の矢印方向にレーザー光が伝播する。Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２から射出されるレーザー光は、画像形成部２１の２辺にそれぞれ沿って設けられたミラー３３によって画像形成部２１内へと導かれる。画像形成部２１内へ導かれたレーザー光２２、２３のうち、画像形成部２１を反対側に突き抜けた光は、ミラー３３と反対側の２辺に設けられたレーザートラップ３４によって吸収される。
【００３６】
レーザー光のＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２の仕組みをそれぞれ図４、図５に示す。図４、図５は、レーザーの向きがＸ方向、Ｙ方向である以外はほぼ同様であるので、必要な箇所以外は図４のみを用いて説明を行う。
【００３７】
図４において、４１はレーザーダイオードである。レーザーダイオード４１の発振波長は約８００ｎｍ、出力は約５０ｍＷである。図５のレーザーダイオード５１の発振波長は約８５０ｎｍ、出力は約５０ｍＷである。
【００３８】
また、４２はレーザー光の強度調整を行う光学シャッターであり、本実施例では交流駆動のホログラフィック液晶シャッターを用い、図５の光学シャッター５２にはポッケルスセルを用いた。４２は１メガヘルツ程度、５２は５０メガヘルツ程度の周波数で動作し、レーザー光の強度調整を行う。このようにレーザー光を強度変調する事により、２光子吸収量、ひいては光学応答の変化量が変わり、階調表現が可能となる。
【００３９】
レーザー光は、これらの要素によって強度変調を受けた後、収束レンズ系４３、集光レンズ系４４を通り、ミラー４５によって回転多角形ミラー４６に入射する。回転多角形ミラー４６の回転速度は約１０キロヘルツである。また、回転方向は矢印に示される通りである。本実施形態において用いる回転多角形ミラー４６は、マイクロマシン加工された厚さ約５００μｍ、直径約４ｍｍの大きさの、六角形ミラーであるが、サイズ、形ともにこれらに限定されるものではない。
【００４０】
回転多角形ミラー４６には補正レンズ４７が組み合わされている。補正レンズ４７は光の方向を補正し、改めて集光を行うものである。補正レンズ４７を通った光は平面導光路４８に入射し、平面導光路４８中の矢印で示すように、パラボラミラー４９によって進行方向がＸ方向に揃えられている。
【００４１】
進行方向の揃えられたレーザー光は、ミラー３３によって、進行してきた面と垂直方向に射出され、画像形成部２１へと導かれ、レーザー光の交点で可視光に対する光学応答が変化する事により画像表示が可能となる。ミラー３３にあたるレーザー光のＹ方向の位置は、回転多角形ミラー４６によって、連続的に変化し、このレーザー光に照射される媒質のＹ方向の位置も、変化する。このような２方向からの光照射によってある部位の媒質の光学応答を変化させ、この微小領域を画素として取り扱い、この微小領域を移動させることにより、連続的な媒体層を微小画素の集合体として取り扱うことが可能となる。なお、画像形成部２１の１画素に値する微小領域にレーザーが照射される時間は、約１５ｍｓｅｃとなる。また、その程度レーザーが照射された場合の１画素の大きさは、約１立方ｍｍとなる。
【００４２】
本実施形態においては、２光子吸収を用いた画像表示装置において、吸収率、透過率や反射率の光学応答係数の変化を利用する。その為、２光子吸収による蛍光を利用した画像表示装置は、輝度の上限がレーザーの出力となるのに対し、本実施形態では、そういった限界のない高輝度な反射型ディスプレーを実現する事が出来る。上記光学応答係数の変化は、光照射開始後直ちに起こり、かつ照射終了後も１０ｍｓｅｃから１５ｍｓｅｃ程度の時間、持続する為に、高いコントラストを有する高品位の画像が実現される。さらに、レーザー光の強度を変調する事により階調表現が可能であり、またレーザー光の強度は連続的に変化可能であるため、多数の色調による表示が可能となる。
【００４３】
また、蛍光を利用するディスプレーの場合は、高輝度かつ大型なディスプレーを得るためには、多数個のレーザーを用いる必要があるのに対し、本実施形態の表示装置では、２つのレーザーを用いて、十分高輝度かつ大型のディスプレーを得る事が出来るため、コスト面でも効果があると言える。
【００４４】
さらに、本実施形態の画像表示装置は、半導体超微粒子を用いる事により、有機材料に対して高効率にエネルギーを移動可能である。従って、従来の自発光型の２光子吸収を用いたディスプレーに比較して、必要とされる光子の数が１千分の１から１万分の１程度で済むため、消費電力面でも効果を得る事が出来る。
【００４５】
また、２本のレーザーが互いに成す角度は、本実施形態では常にほぼ垂直に保たれているので、２本のレーザーの交点、つまり画素に値する領域の形、大きさが、均一である。その為、より精密な画像を得る事も出来る。
【００４６】
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態については、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
本実施形態は、画像形成部の媒質が画素毎に区切られている点が、第１の実施形態と異なる。図６に示すように、本実施形態の画像形成部２１では、可視光を反射する第１の反射板６４、赤外光を反射する第２の反射板６５、ポリメチルメタクリレートから成る導光路６１が積層され、その上面に画素６２がパターニングして設けられている。この画素６２は、光学応答が変化する媒質が分離して設けられており、このように、媒質を画素６２毎に分ける事により、Ｘ方向アドレス用レーザー光２２とＹ方向アドレス用レーザー光２３の交点、つまり書き換えの行われる画素６３が明確になる。
【００４８】
また、各々の画素６２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類があり、例えばＲＧＢＲＧＢ…となるように、順番に並んで設けられている。
【００４９】
これらパターニングされた画素６２の各々は、図７（ａ）に示すように、有機材料７１を主成分とする媒体に半導体超微粒子７２が分散されたものが、導光路６１上に設けられる事により形成されている。また、この画素６２の側面には、導光路６１内のレーザー光が画素６２に伝播しやすいように、テーパー７３が設けられている。
【００５０】
本実施形態では、（ｉ）４Ｕ２−ポリジアセチレン、（ｉｉ）ＴＴＦ−ＣＡ、（ｉｉｉ）４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンの３種類を有機材料として用いることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ、３色の画素６２を形成する。このうち、Ｒは（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の、Ｇは（ｉ）および（ｉｉｉ）の、そしてＢは（ｉ）および（ｉｉ）のそれぞれ混合物を含み、その混合比はいずれも重量比で約１対１である。また半導体超微粒子７２は第１の実施形態と同様に、粒径約３ｎｍ±０．３ｎｍのＣｄＳｅ超微粒子とする。
【００５１】
次に、画素６２の製造方法について説明する。
【００５２】
本実施形態では画素６２の一つ一つを形成する方法として、図７（ｂ）に示すように、インクジェット法を用いる。しかし、画素の形成方法としてはこれに限定されるものではなく、スピンコート法、ドクターブレード法、スプレー法と露光によるパターンニング法等、様々な方法を用いる事が出来る。
【００５３】
本実施形態における画素６２の形成工程の側面図と斜視図を図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す。図７（ｂ）に示すように、有機材料７１と半導体超微粒子７２の混合溶液はインクジェット法によって、噴射ノズル７４より導光路６１上に射出付与される。本実施形態では、有機材料７１と半導体超微粒子７２の混合溶液を形成する際、溶媒としてはキシレンを用いる。また、テーパー７３を形成するため、図７（ｃ）に示すように、画素６２の中央の部分で、より緻密に溶液の付与を行う。
【００５４】
このようにして、短辺約１５０μｍ、長辺約３００μｍの画素６２を形成する。画素間距離は、約３００μｍとする。
【００５５】
次に、以上のようにして形成した本実施例における画素６２の、光学応答の変化の起こる仕組みを、図８を用いて説明する。
【００５６】
図８において、第１の実施形態と同様に形成されるＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２から射出されたレーザー光は、ミラー３３によって画像形成部２１中の導光路６１に入射し、一部の光は画素６２内へと伝播する。図８中、緑色画素ＧはＸ方向アドレス用レーザー光２２、Ｙ方向アドレス用レーザー光２３の両方によって照射を受けているため、２光子吸収が起きて画素Ｇの光学応答が変化し、色が黒から緑色へ変化している。これは、可視光のうち、緑色付近の光の吸収率がレーザー光の照射によって低下したために、画素Ｇへの入射光の緑色以外のスペクトルが画素Ｇによって吸収され、残りが第１の反射板６４によって散乱・反射光として放出される為である。
【００５７】
このとき、コントラストは外光のスペクトルにも依存するが、３から１０程度となった。これは、多数個のレーザーを用い、蛍光を利用する画像表示装置と同程度のコントラストとなり、２つのレーザーのみを用いる本実施形態の画像表示装置は、コスト面、省電力面で効果があるといえる。
【００５８】
なお、図８中、レーザー光、２２、２３としては、画素６２内に入射する１本の光のみを示したが、画像形成部２１中の導光路６１、Ｘ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構３２中では実際、光は様々な経路を経て伝播している。
【００５９】
本実施形態における画像表示装置は例えば次のようなものに応用出来る。図９は、列車の駅構内等において柱９１に設けられる広告媒体への応用を示す図である。本実施形態における画像表示装置９２は、光源、走査機構共に薄型に形成する事が出来、またミラーは本体と一体化して、薄膜で形成可能である。従って、画像表示装置全体に可塑性を付与することが可能となり、ディスプレーを柱９１の曲面に沿って設置することが可能となる。
【００６０】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
本実施形態は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を用いる原色系の画素配置に替わり、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の補色系の画素を採用した例である。各画素は、第２の実施形態と同様に、有機材料と半導体超微粒子の混合物を用いるが、Ｃ、Ｍ、Ｙではそれぞれ有機材料として、４Ｕ２−ポリジアセチレン、ＴＴＦ−ＣＡ、４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンを用いる。半導体超微粒子の大きさ、画素の大きさ等の条件は、第２の実施形態と同様で良い。
【００６２】
本実施形態の表示装置の基本的な構成要素は、第２の実施形態において説明したものと同様であるが、本実施形態において、パネルは、Ｃ、Ｍ、Ｙそれぞれの色のパネルを３枚重ねたものを用いる。各々のパネルはＣ、Ｍ、Ｙいずれかの色の画素を有している。
【００６３】
図１０に本実施形態における補色系のパネルの構成図を示す。図１０に示すように、本実施形態においては、シアンパネル１０１、マゼンダパネル１０２、イエローパネル１０３が重ねられている。それぞれのパネルに対し、１組のＸ方向走査機構３１、Ｙ方向走査機構が組み合わされている。図１０では、Ｘ方向走査機構３１のみ示している。これらのＸ方向走査機構並びにＹ方向走査機構は図４、図５に示したものと同様のものを用いれば良い。
【００６４】
各色のパネルは、第２の実施形態と同様にインクジェット法によって形成し、３枚のパネルを重ね合わせた後、全体を真空容器に封じる。インクジェットによる印刷は乾燥窒素雰囲気で行う。真空封止と乾燥窒素雰囲気での作成は、水や酸素と有機層との反応が防止される為に、パネルの寿命を伸ばす効果がある。
【００６５】
本実施形態で採用した補色系の画素構成によれば、３色の異なる画素を設置する必要がなくなったために光の利用効率が高まり、明るさ・コントラストともに原色系の画素構成を用いた場合に比べ向上した。コントラストは最大約３０に達した。
【００６６】
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６７】
本実施形態は、第２の実施形態とは導光路が異なる。第２の実施形態において用いる導光路では、時として、走査機構の不具合や、光学系等のむらによって乱れが生じ、パネル内で混色が生ずることがある。そこで本実施形態では図１１に示す構造による検討を行う。
【００６８】
本実施形態においては、図１１（ａ）に示すように、２種類の導光路を対向配置する。それぞれは、Ｘ方向とＹ方向に画素ピッチで分離され、Ｘ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２としている。そして、Ｘ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の交差した部分に、画素として有機材料−半導体超微粒子分散層１１３を挟んだ構造とする。
【００６９】
有機材料−半導体超微粒子分散層１１３はＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の両方に対してテーパーを有している。テーパーは、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ方向には上向きに広がりを持ち、Ｙ方向には下向きに広がりを持つ。図１１に示されるように、光は、有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の上側と下側、つまりＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２からそれぞれ進入し、また、それぞれ上側と下側に戻る。このときに、上側、下側から同時に光の進入を受けた、図１１中の矢印の交差する有機材料−半導体超微粒子分散層１１３のみへの書き込みが行われる。書き込みによってもたらされる有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の光学応答の変化は、第２の実施形態において説明したものと同様である。
【００７０】
本実施形態の両面テーパー構造を有する表示装置の作成方法を説明する。まず、あらかじめ表面エネルギーを高くするための処理を施された石英ガラス、蒸着されたニッケルから成るマスク層、上述したものと同様の石英ガラスを積層する。マスク層には、後にＸ方向導光路１１１とＹ方向導光路１１２の交点となる部分のうち、端部と成る部分にダミースペーサーを設ける。
【００７１】
次に上面に形成された石英ガラスを、太さ約３００μｍ、間隔約３００μｍのストライプ状となるようフッ酸とフッ化アンモニウムを約１：７に混合した溶液によりエッチングする。この時、マスク層、ダミースペーサーはエッチングされない。
【００７２】
この３層から成る薄板を裏返し、可視光を反射する反射板の上にのせる。そして、同様にして、上記した方向と垂直方向に、エッチングされていない側の面の石英ガラスをエッチングする。その後マスク層を除去する事により、図１２に示すように、ダミースペーサ−１２１を介して、石英ガラスが直交し、等間隔に保たれる。図１２では、反射板は図示していない。
【００７３】
これをＸ方向導光路１１１、Ｙ方向導光路１１２とし、注入器１２２によって各画素となる部分へ、溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の注入を行う。
【００７４】
この注入工程は乾燥窒素雰囲気で行い、パネル全体は約３００℃に保って行う。溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３は注入後、導光路の交点に毛管現象によって吸引される。さらに、各導光路の表面エネルギーは溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３の表面エネルギーより高い。従って、溶融させた有機材料−半導体超微粒子分散層１１３は各導光路の表面に広がり、テーパーが形成される。なお、図１２では注入器１２２の針は１本のみ図示されているが、多数本の注入器を配置して注入しても良い。
【００７５】
本実施形態では、このような構成により、加工が容易であり、パネル内で混色のない画像表示装置を得る事が出来る。
【００７６】
次に、第５の実施形態について説明する。
【００７７】
本実施形態は、１つの光源からの光でスキャニングを行うことによって画像形成を行う方式を採用した反射型のディスプレーである。
【００７８】
図１３は本実施形態のディスプレーを示す透視図である。図１３において、１３１は内面が鏡面を有し、放物線の組み合わせによって形成されている曲面である。また、レーザー光源１３２からの約８１０ｎｍの波長の光は、ビームスプリッター１３３等により分けられ、ポッケルスセルを用いたシャッター、収束レンズ、集光レンズ等から成る光学系１３４を通り、回転多角形ミラー１３５、曲面１３１を経る。そして、図示しないミラーにより、画像表示部１３８内に進入するよう方向を変えた後、このＸ方向からのレーザー光１３６、Ｙ方向からのレーザー光１３７を用い、上述した実施形態と同様に画像を表示する。画像表示部１３８は、これまでの実施形態と同様の材料、方法で形成すれば良い。
【００７９】
本実施形態では、１本の光源でスキャニングを行うのみで媒体の光学応答を変化させる事が可能である為に、従来のような蛍光体を用いた自発光型のディスプレーに比べ、さらに低コストな画像表示装置が作成可能となる。
【００８０】
次に、第６の実施形態について説明する。本実施形態については、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８１】
本実施形態は、第２の実施形態とはレーザーの走査機構が異なる。本実施形態では、画像形成部のＸ方向、Ｙ方向のそれぞれ１辺にマイクロマシン加工によって形成した反射鏡群を並べ、それらを機械的に制御することによってレーザー光を照射して画素の指定を行うことを特徴とする。表示部分の材料は第３の実施形態に挙げたものと同様に、有機材料として４Ｕ２−ポリジアセチレン、ＴＴＦ−ＣＡ、４ＢＣＭＵ−ポリジアセチレンを用い、それらを用いた３層を重ねてフルカラー表示を行う。
【００８２】
図１４は本実施形態の画素指定を説明する模式図であり、１４０１は上記媒体の第１層、１４０２は、波長約８５０ｎｍの光を発生し、光を光学シャッターによって強度変調するレーザー光源（出力約５０ｍＷ）である。１４０３は、波長約８００ｎｍの光を発生し、光を光学シャッターによって強度変調するレーザー光源（出力約５０ｍＷ）である。
【００８３】
レーザー光源１４０２、１４０３から照射されたレーザー光１４０４、１４０５は、反射鏡１４０６、１４０７によって反射ミラー群１４０８、１４０９の設けられる方向と平行に進行するよう制御される。そして、レーザー光１４０４、１４０５は、反射ミラー群１４０８、１４０９から選択されるそれぞれの一つの鏡によって反射されて、媒体の第１層内を進行し、第３の実施形態と同様に交点１４１０の光学応答を変化させ、画像の表示を行う。
【００８４】
レーザーの走査機構としては、マイクロマシン加工によって形成した反射ミラー群１４０８、１４０９の各反射ミラーを電気的に制御し、各反射ミラーが入射したレーザー光１４０４、１４０５を媒体の第１層１４０１の方向に反射する位置にあるか、または光路上から外れた位置にあるかのいずれかとする。
【００８５】
そして、反射ミラー群１４０８のうち、例えば一番反射鏡１４０６に近い反射ミラーをレーザー光１４０４の光路上に設置して固定し、反射ミラー群１４０９から選ばれる、レーザー光１４０５を反射する反射ミラーを、例えば反射鏡１４０７に近い方から数えて１番目、２番目…と変えていくことにより、各行を順に走査することが可能となる。
【００８６】
さらに、１列の走査が全て終了した後に反射ミラー群１４０８のうち、上述した反射ミラーの次に反射鏡１４０６に近い反射ミラーを、レーザー光１４０４の光路上に設置して固定し、反射ミラー群１４０９から選ばれる、レーザー光１４０５を反射する反射ミラーを、例えば反射鏡１４０７に近い方から数えて１番目、２番目…と変えていくことにより、各行を順に走査する。この動作を繰返し、全ての列の走査が終わると、全画面の画像表示が完了し、これを連続的に行い動画像表示が実現される。なお、媒体の第１層１４０１において吸収されなかったレーザー光は、オプティカルトラップ１４１１、１４１２によって吸収される。
【００８７】
第２層、第３層については図示しないが、同様に走査を行えば良い。なお、レーザー光源１４０２、１４０３からの光を光学シャッターによって強度変調する装置のみは、各層で別に設けるが、それ以外は共通としても良い。つまり、レーザー光源１４０２、１４０３を共通とし、光を３本に分けて強度変調を行ってから、図１４の奥行き方向に幅を持つ反射鏡１４０６、１４０７および反射ミラー群１４０８、１４０９を３層で共通に使用しても良い。
【００８８】
以上のように、本実施形態により、さらに可塑性が高く、かつ軽量化された画像表示装置が可能となる。
【００８９】
本発明は、以上詳述した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、ＣｄＳｅの代わりに塩化銅Ｉ（ＣｕＣｌ）や硫化カドミウム（ＣｄＳ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯなどを用いることも可能である。特に、これらの中でもＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＺｎＯは、２光子吸収によって得たエネルギーを、有機材料に対して効率的に移動できるために、好ましい材料であると言える。
【００９０】
また、有機材料としては上記実施例に挙げられたポリジアセチレン以外のポリジアセチレン系高分子を始め、ポリアセチレン、ポリチオフェン、フォトクロミック有機分子等を用いることも可能である。特にポリジアセチレン系高分子、ポリチオフェン及び電荷移動錯体は弱い光照射でも光学応答が変化するために、光励起による光学特性変化効率の大幅な向上が可能となる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば高輝度、低消費電力の表示装置を提供する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリジアセチレンの主鎖部分が、（ａ）アセチレン型と（ｂ）ブタトリエン型である分子の化学式である。
【図２】本発明の第１の実施形態の表示装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の表示装置の構成要素を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の表示装置のＸ方向走査機構を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の表示装置のＹ方向走査機構を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の表示装置の画像形成部を示す模式図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも本発明の第２の実施形態の表示装置の画像形成部の作成方法を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の表示装置の応用例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも本発明の第４の実施形態の表示装置の動作を説明する図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の表示装置における画像形成部の形成方法を説明する図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の表示装置を説明する図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の表示装置を説明する図である。
【図１５】従来の光励起型の蛍光発光ディスプレーの構成を示す図である。
【図１６】従来の２光子吸収を用いた平面型の蛍光発光ディスプレーの構成を説明する図である。
【符号の説明】
２１…画像形成部
２２…Ｘ方向アドレス用レーザー光
２３…Ｙ方向アドレス用レーザー光
２４…レーザー光の交点
３１…Ｘ方向走査機構
３２…Ｙ方向走査機構
３３…ミラー
３４…レーザートラップ
４１，５１…レーザーダイオード
４２，５２…光学シャッター
４３，５３…収束レンズ系
４４，５４…集光レンズ系
４５，５５…ミラー
４６，５６…回転多角形ミラー
４７，５７…補正レンズ
４８，５８…平面導光路
４９，５９…パラボラミラー
６１…導光路
６２…画素
６３…書き換えの行われる画素
６４…第１の反射板
６５…第２の反射板
７１…有機材料
７２…半導体超微粒子
７３…テーパー
７４…噴射ノズル
９１…柱
９２…画像表示装置
１０１…シアンパネル
１０２…マゼンダパネル
１０３…イエローパネル
１１１…Ｘ方向導光路
１１２…Ｙ方向導光路
１１３…有機材料−半導体超微粒子分散層
１２１…ダミースペーサー
１２２…注入器
１３１…曲面
１３２…レーザー光源
１３３…ビームスプリッター
１３４…光学系
１３５…回転多角形ミラー
１３６…Ｘ方向からのレーザー光
１３７…Ｙ方向からのレーザー光
１３８…画像表示部
１６１、１６２…レーザー光源
１６３、１６４…ミラー
１６５…本体
１６６、１６７…レーザー光
１６８…交点
１４０１…第１層
１４０２、１４０３…レーザー光源
１４０４、１４０５…レーザー光
１４０６、１４０７…反射鏡
１４０８、１４０９…反射ミラー群
１４１０…交点
１４１１、１４１２…オプティカルトラップ
Claims (6)
- １つまたは複数の光源と、
前記光源からの光を制御する制御装置と、
可視光を反射する反射板と、
前記反射板上に形成され、ポリジアセチレン、ポリチオフェン及び電荷移動錯体から成る群の有機材料の少なくとも１種とＣｄＳｅ、ＣｕＣｌ、ＣｄＳ、ＺｎＳ及びＺｎＯから成る群の無機半導体の少なくとも１種とを含み、前記光源からの光が照射される媒質とを具備し、前記制御装置により前記光源からの光を２方向から交差させて前記媒質に照射すると、前記媒質中の前記無機半導体の２光子吸収帯が共鳴して励起され、この励起状態が前記有機材料に移動して前記有機材料が励起され、前記媒質中の前記光の交点周辺の可視光に対する光学応答が変化することを特徴とする反射型画像表示装置。 - 前記２方向からの光の波長が各々異なることを特徴とする請求項１記載の反射型画像表示装置。
- 前記光の交差する角度を固定して前記交点を移動することを特徴とする請求項１記載の反射型画像表示装置。
- 前記媒質に照射する前記光の量を制御して階調表現を行うことを特徴とする請求項１記載の反射型画像表示装置。
- 前記媒質が画素毎に区切られる事を特徴とする請求項１、２、３または４記載の反射型画像表示装置。
- 光学応答の変化する光の波長が異なる複数種の前記媒質を用いて複数種の画素を形成し、前記複数種の画素を所定の順序に配置する事を特徴とする請求項５記載の反射型画像表示装置。
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