JP4520402B2 - 複数波長光スイッチング素子・複数波長光スイッチングデバイス・カラー光スイッチング素子・カラー光スイッチングデバイス・複数波長光スイッチング素子アレイ・カラー光スイッチング素子アレイ・複数色画像表示装置およびカラー画像表示装置 - Google Patents
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Description
ところで、非特許文献1に「帯域の狭い反射型の波長フィルタ」が報告されている。
「共鳴反射素子」は、厚み部分が導波層として機能し、厚み方向の一方の面は全反射面として機能し、他方の面は微細な凹凸による微細周期構造が形成され、「他方の面」から入射する光のうち、特定波長成分を共鳴反射させる素子である。
「駆動手段」は、共鳴反射素子の形状および/または屈折率を変化させて、共鳴反射の共鳴波長を変化させる手段である。
上記光スイッチング素子における共鳴反射素子の微細な凹凸による微細周期構造は「透明保護層で被覆」されていることが好ましい。透明保護層により、微細周期構造の微細な凹凸が外力により損なわれるのを有効に防止できるからである。勿論、この透明保護層は、共鳴反射素子とは屈折率の異なる材料で構成される。
共鳴反射素子を駆動手段により駆動して、共鳴波長を「光源の発光波長域外」にシフトさせると、光源から入射する光は共鳴反射素子を透過する。
光源の発光波長域が上記特定波長を含む狭い領域のものであれば、上記の如くして、光源からの光は実質的に光スイッチング素子によりオン・オフされる。
複数個の光源は発光波長域が互いに異なり、各光源はこの光源に対応する光スイッチング素子を有し、この光スイッチング素子は「駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方が、対応する光源の発光波長域内」にあり、各光スイッチング素子の共鳴波長を、対応する駆動手段により「対応する光源の発光波長域の内外に変化させる」ことにより、複数波長光スイッチング素子を介して、複数色の光を取り出し得るように構成されている。
「光源手段」は、光スイッチング素子アレイを構成する光スイッチング素子の、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方を発光波長域に含む光を光スイッチング素子アレイの各光スイッチング素子に照射する手段である。
「複数波長光源手段」は、複数波長光スイッチング素子アレイを構成する各光スイッチング素子の、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方を発光波長域に含む光を複数波長光スイッチング素子アレイの各複数波長光スイッチング素子に照射する手段である。
「カラー光源手段」は、カラー光スイッチング素子アレイを構成する各光スイッチング素子の、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方を発光波長域に含む光をカラー光スイッチング素子アレイの各カラー光スイッチング素子に照射する手段である。
特に、請求項8のカラー画像表示装置では、表示すべきカラー画像の1画素を構成するカラー光スイッチング素子において、3種以上の光スイッチング素子が光透過方向に重なるように配置されるので、光透過方向から見た場合、カラーの1画素を「単一のカラー光スイッチング素子」で構成できる。
図1は、光スイッチング素子の実施の1形態を説明するための図である。
図1(a)において、符号1は光スイッチング素子、符号11は共鳴反射素子、符号12は駆動素子、符号13は透明基板、符号14は駆動回路、符号15は透明保護層、各矢印は「波長:λ1の光」を示す。
駆動手段による共鳴反射素子11の駆動を行わない状態(オフ状態)において、波長:λ1(を含む狭い波長領域)の光を図1(a)の上方から入射させる。微細周期構造の周期は波長λ1と同程度もしくはそれ以下であり、入射した光は、微細周期構造により回折し、共鳴反射素子11の厚み部分(微細周期構造の凹部と透明基板13との距離)を導波層として導波し、透明基板13との境界面で全反射し、導波層内を全反射で伝播する光波の伝播定数が、微細周期構造の格子による格子ベクトルと一致すると、強い共鳴を起こし、強い反射光となる(共鳴反射)。
駆動回路14により駆動素子12を駆動して、共鳴反射素子11の屈折率および/または形状を変化させる(オン状態)と、図1(b)に示すように、共鳴反射を起こす共鳴波長が、駆動前の波長:λ1からシフトして波長:λ2になる。
オン状態では、共鳴反射素子11に入射する波長:λ1の光は、光スイッチング素子1を高い透過率で透過する。
また、共鳴反射素子11は基板13上に薄膜状に形成され、共鳴反射素子11の微細周期構造が透明保護層15で被覆されている。
また、図1の光スイッチング素子1は「透過型」である。
図2(a)において、符号11は共鳴反射素子、符号20は駆動手段を示す。駆動手段20は、図1における駆動素子12と駆動回路14をまとめて示している。
図2(b)は、光源2における分光発光強度と、共鳴反射素子11の「駆動されていないオフ状態」における分光透過率を示している。光源2は、符号2−1で示すような分光発光強度を示し、共鳴反射素子11は駆動手段20により駆動されないオフ状態においては符号1−1で示すような分光透過率特性を示す。
なお、上の光スイッチングデバイスにおいて、共鳴反射素子11による反射光を出力光とする場合であれば、上記のオン状態・オフ状態に応じて、反射出力光はオフ状態・オン状態となる。
図において、符号11B、符号11G、符号11Rは共鳴反射素子を示している。共鳴反射素子11Bは駆動手段20Bにより駆動され、共鳴反射素子11Gは駆動手段20Gにより駆動され、共鳴反射素子11Rは駆動手段20Rにより駆動される。
即ち、これら各共鳴反射素子とこれを駆動する各駆動手段とは光スイッチング素子を構成し、3個の光スイッチング素子が光透過方向(図3の上下方向)へ重ねて配置され、カラー光スイッチング素子を構成している。
共鳴反射素子 駆動状態
共鳴反射素子11B オン オン オン オン オフ オフ オフ オフ
共鳴反射素子11G オン オン オフ オフ オン オン オフ オフ
共鳴反射素子11R オン オフ オン オフ オン オフ オン オフ
透過光 R+G+B B+G B+R B G+R G R なし
透過光の色 白 黄 紫 青 燈 緑 赤 黒
従って、可視領域のカラー光を透過光として表示できる。
学特性(駆動手段により駆動しないときの共鳴波長)は、フィルファクタ:fと厚み:t
1、t2で定まる。
若干補足すると、説明中の製造方法は「単一の基板にアレイ配列した共鳴反射素子とその駆動素子を形成する」ことを想定しており、実際には、図5の状態が「図の前後左右方向」に広がりをもって繰り返される。従って上に説明した「PLZTの薄層を除去された部分」は溝状である。
図6(a)は、カラー光スイッチング素子アレイの一部をなす光スイッチング素子アレイの一つを説明図的に示している。例として描かれた光スイッチング素子アレイ61Rは、単一の透明基板に、多数の共鳴反射素子610が2次元的にアレイ配列して形成されている。各共鳴反射素子610は駆動素子である電極を形成され、この電極を駆動する駆動回路も透明基板上に共鳴反射素子とともに作りこまれている。従って、アレイ配列した個々の共鳴反射素子610を独立して駆動できる。
々の共鳴反射素子は、他の光スイッチング素子アレイにおいて対応する位置にある共鳴反
射素子と「光の透過方向」において互いに重なりあう。
透明基板13としてサファイア基板(厚さ:0.5mm)を用い、その表面に、電気光学効果を有する材料としてPLZTをスピンコート法で塗布した後熱処理して、PLZTの薄層を形成した。
この屈折率変化によって共鳴波長がシフトすると、入射光の波長と共鳴反射素子11による共鳴波長がずれ、波長:660nmの入射光は光スイッチング素子を透過する。
ピッチ:Λ 215nm 270nm 320nm
フィルファクタ:f 0.5 0.5 0.5
厚み:t2 20nm 20nm 20nm
厚み:t1 90nm 90nm 90nm 。
図7(c)に光スイッチング素子アレイ61Bの分光透過率を示す。図中、符号7−1Bで示す曲線は「オフ状態」における分光透過率であり、符号7−2Bで示す曲線は「オン状態」における分光透過率である。
従って、このような光スイッチング素子アレイ61B、61G、61Rと、上記各高出力LEDを光源10B、10G、10Rと、カップリングレンズ62およびホモジナイザ63を図6(b)のように組み合わせることにより、良好なカラー画像表示を実現することができる。電気光学効果は、数十GHz以上の高速応答が可能であるので、各色とも十分な光強度の階調制御を行うことができる。
11 共鳴反射素子
12 駆動素子
13 透明基板
14 駆動回路
15 透明保護層
Claims (8)
- 厚み部分が導波層として機能し、厚み方向の一方の面は全反射面として機能し、他方の面は微細な凹凸による微細周期構造を形成され、上記他方の面から入射する光のうち、特定波長成分を共鳴反射させる共鳴反射素子と、
この共鳴反射素子の形状および/または屈折率を変化させて、共鳴反射の共鳴波長を変化させる駆動手段とを有し、透過型である光スイッチング素子が2以上、光の透過方向に重なるように配置され、
上記2以上の光スイッチング素子は、その駆動手段による変化前後の共鳴波長が相互に異なり、上記駆動手段により独立して駆動可能であり、
上記駆動手段は、駆動する光スイッチング素子の共鳴波長を変化させることにより、光スイッチング素子を透過する光をオン・オフし、
上記各光スイッチング素子が、他の光スイッチング素子の上記変化前後の共鳴波長の光を透過させるように構成されたことを特徴とする複数波長光スイッチング素子。 - 請求項1記載の複数波長光スイッチング素子において、
光の透過方向に重ねて配置される光スイッチング素子が3以上であり、
各光スイッチング素子の共鳴波長が、所望の色の光を表示できる値に設定されていることを特徴とするカラー光スイッチング素子。 - 請求項1記載の複数波長光スイッチング素子と、
この複数波長光スイッチング素子を構成する透過型の光スイッチング素子数と同数個の光源とを有し、
上記複数の光源は発光波長域が互いに異なり、
各光源はこの光源に対応する光スイッチング素子を有し、この光スイッチング素子は、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方が、対応する光源の発光波長域内にあり、
各光スイッチング素子の共鳴波長を、対応する駆動手段により、上記対応する光源の発光波長域の内外に変化させることにより、上記複数波長光スイッチング素子を介して、複数色の光を取り出し得るように構成された複数色光スイッチングデバイス。 - 請求項2記載のカラー光スイッチング素子と、
このカラー光スイッチング素子を構成する透過型の光スイッチング素子と同数個の光源とを有し、
上記複数の光源は、発光波長域が互いに異なり、かつ、これら波長の組み合わせにより所望の色を構成できるように組み合わせられ、
各光源はこの光源に対応する光スイッチング素子を有し、この光スイッチング素子は、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方が、対応する光源の発光波長域内にあり、
各光スイッチング素子の共鳴波長を、対応する駆動手段により、上記対応する光源の発光波長域の内外に変化させることにより、上記カラー光スイッチング素子を介して、所望の色の光を取り出し得るように構成されたカラー光スイッチングデバイス。 - 請求項1記載の複数波長光スイッチング素子で同一種類の複数の素子を1次元もしくは2次元にアレイ配列し、各複数波長光スイッチング素子を独立して駆動可能としたことを特徴とする複数波長光スイッチング素子アレイ。
- 請求項5記載の複数波長光スイッチング素子アレイと、
この複数波長光スイッチング素子アレイを構成する各光スイッチング素子の、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方を発光波長域に含む光を上記複数波長光スイッチング素子アレイの各複数波長光スイッチング素子に照射する複数波長光源手段とを有することを特徴とする複数色画像表示装置。 - 請求項2記載のカラー光スイッチング素子で同一種類の複数の素子を1次元もしくは2次元にアレイ配列し、各カラー光スイッチング素子を独立して駆動可能としたことを特徴とするカラー光スイッチング素子アレイ。
- 請求項7のカラー光スイッチング素子アレイと、
このカラー光スイッチング素子アレイを構成する各光スイッチング素子の、駆動手段による変化前後の共鳴波長の一方を発光波長域に含む光を上記カラー光スイッチング素子アレイの各カラー光スイッチング素子に照射するカラー光源手段とを有することを特徴とするカラー画像表示装置。
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