JPH02219090A

JPH02219090A - 表示装置

Info

Publication number: JPH02219090A
Application number: JP4000289A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 徹佐々木; Takashi Matsuoka; 隆志松岡; Koji Sato; 弘次佐藤; Akinori Katsui; 勝井　明憲
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1990-08-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、表示装置に関するものであり、さらに詳述す
るならば半導体レーザを用いた表示装置に関するもので
ある。

（従来技術及び発明が解決しようとする課題）従来の表
示装置をその動作原理に関して分類し、その問題点につ
いて述べる。

■電子ビームを蛍光体に衝突させ発色させる装置（ブラ
ウン管等）、この分類に属する装置では電子ビームを高速に加速する
ため高電圧が必要である、また電子ビームを表示画面全
体にわたり一様に走査させる必要があるため薄型・大面
積化が困難である、表示画面を湾曲せざるを得ない等の
欠点を有していた。

■ガス放電により発色させる装置あるいはガス放電によ
り放出された紫外線を蛍光体に衝突させ発色させる装置
（プラズマ表示装置）、この分類に属する装置では、放
電を起こさせるために高電圧が必要であり、かつ小型化
を図れない、また、発光効率が低く、高輝度化を図れな
い等の欠点を有していた。

■蛍光物質を添加した薄膜に高電圧を印加することによ
り膜中に高速電子を生じさせ、これを蛍光物質に衝突さ
せることにより発色させる装置（電界発光装置）、この分類に属する装置では、薄膜中に高速電子を生じさ
せるために高電圧が必要である。また、発光効率が低く
、高輝度化を図れない等の欠点を有していた。

■照明光に対する表示画面の透過率を変化させ、表示画
面の明暗により表示させる装置（液晶表示装置）、この分類に属する装置では、外部電場の印加により液晶
の配向方位を制御し表示画面の透過率を変化させている
が、液晶の配向が完了するまでに時間がかかるため動作
速度を上げられないという欠点を有していた。

■半導体ｐ−ｎ接合への電流注入により発色させる装置
（発光ダイオード、半導体レーザ等）、この分類に属す
る半導体レーザと発光ダイオードは、両者ともｐ形半導
体から注入された正孔とｎ形半導体から注入された電子
が再結合する際に光が放出される現象を利用した装置で
ある。この半導体レーザあるいは発光ダイオードからな
る装置は、小型軽量であり高集積化にも適するばかりで
なく、低電圧駆動、高効率、高速動作、高信鯨性、安価
等の利点をもつ０次にこれらの素子の表示光源としての
適正を考えてみる。半導体レーザは、導波路形の共振器
からなり、高効率でレーザ光を発する。また、構造上、
光の指向性が強い。

従って、半導体レーザをそのまま用いると、輝度は高い
が、視野角が狭いという欠点を有している。

一方、発光ダイオードは広い波長領域を有する自然放出
光を発する。その発光効率は、半導体レーザに比べて、
一般には一桁以上低い、また、その光は指向性を持たな
い、そのため、発光ダイオードは視野角の広い表示がで
きるという利点を有するが、輝度が低いという欠点を有
している。この高輝度化が難しいということは、特に、
光の三原色のうち視感度の低い青色域の表示装置を得よ
うとする場合に致命的な欠点となる。

以上、種々の構造の表示装置についてその分類と特徴と
を述べてきたように、従来からある種々の表示装置は、
どれを取っても、低電圧・低消費電力で高速動作し、薄
型・大面積化が図れ、高信頼性を有し、高輝度で表示で
きるという表示装置に対する要求条件を見たし得ないの
が現状である。

本発明は、上記の欠点を解決するためなされたものであ
り、その目的は低電圧・低消費電力で高速動作し、薄型
・大面積化が図れ、高信頼性を有し、高輝度で表示でき
る表示装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、半導体レーザから放出された光ビームが表示画面上に配
した透過型或は反射型散乱体により散乱されることによ
り、表示画面を発色させることを特徴とする表示装置を
第１の発明の要旨とし、半導体レーザの発光波長が４０
０〜８００ｎｍであること、及び散乱体が入射光の波長
を変えずに散乱することを特徴とする請求項１記載の表
示装置を第２の発明の要旨とし、半導体レーザの発光波長が１９０〜８００ｎ＋ｉである
こと、及び散乱体として入射光より長波長の蛍光を発す
る蛍光体を用いることを特徴とする請求項ｌ記載の表示
装置を第３の発明の要旨とし、請求項１記載の表示装置
において、光ビームがレンズ或は鏡により拡散されるこ
とを特徴とする表示装置を第４の発明の要旨とする。

第１の発明の表示装置は、可視もしくは紫外域の半導体
レーザ光を画面上において散乱、あるいは発散させるこ
とにより、高輝度で視野角の広い表示をすることを最も
主要な特徴とする。この場合の散乱体、あるいは発散体
としては、波長を変えずに入射光を単に散乱、あるいは
発散する物質のほかに、蛍光を発する物質も含める。従
来、半導体レーザから放出された光ビームを画面上にお
いて散乱あるいは発散させることにより、画面を発色さ
せる表示装置はなかった。また、従来ある蛍光体を発色
させる表示装置とは、励起源として、小型で高発光効率
・高輝度のレーザを用いる点が異なる。

第２の発明は第１の発明にさらに可視光の発光波長によ
り入射光の波長を変えずに表示する。

第３の発明は第１の発明にさらに可視光外の短波長の発
光波長を蛍光体により入射光の波長を変えて表示する。

第４の発明は第１の発明にさらに光ビームをレンズ域は
鏡による拡散して表示する。

以上、各発明はそれぞれの特徴を有する。

（実施例）以下、図面に沿って本発明の実施例について説明する。

なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。

〈実施例１〉第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１１は半導体レーザ、１２は散乱面、１３は光ビームで
ある。半導体レーザ１１から光と一ム１３が放出され、
散乱面１２により散乱させて必要な表示が行われる。

第１図における半導体レーザ１１としては発振波長４５
０ｎｍのＩｎ＋−ｘ−、ＧａｘＡｌ、Ｎ　（０≦Ｘ≦１
．０≦ｙ≦１．０≦ｘ＋ｙ≦１）系半導体レーザを用い
た。

第２図はＩｎＧａＡＩＮ系半導体レーザの構造を説明す
る図であって、２１は！’ＩｇＪＩｏａ　（１１１）基
板、２２はＩｎ、、　５ａＧａａ、　ｈｈＮ活性履、２
３はｎ形１ｎｏ、　４ＳＡｌ１１．　ｓｓＮクラッド層
、２４はＰ形１ｎｏ、　ａｓＡｌｏ、　ｓｓＮクラッド
層、２５はｎ　Ｙ３１ｎｏ、　４５＾１ｍ、ｓａＮ電流
阻止層かつ光閉じ込め層、２６はｐ形Ｉｎｏ、　４５Ａ
ＩＩ１．　ＳＳＮ電流阻止層かつ光閉じ込め層、２７は
ｎ側電極、２８はＰ側電極である。

また、第１図における散乱面１２には、ＰＭＭＡ（ポリ
メチルメタクリレート）製の円盤の片面を＃１０００の
エメリ祇により仕上げ、凹凸面を形成したものを用いた
。

さらに、散乱面１２として、ＭＮＡモノマ、ベンゾイン
メチルエーテル（重合開始剤）、微粉末シリカを１００
：１０：１の割合で混合し円盤状成形体に流し込んだ後
、水銀ランプを１時間照射し光重合を行うことにより作
製した円盤も使用できる。

第１の実施例の表示装置は５ｖの駆動電圧で動作し、１
００ｍＡの電流を、注入した時、波長４５０ｎｍ。

１ａ＋Ｗの発光が観察された。

本実施例では、半導体レーザの活性層の組成として、ｘ
　＝０．６６、　　ｙ＝　０を選んだが、これを０≦Ｘ
≦ｉ、　　ｏ≦ｙ≦１．０＜ｘ＋ｙ≦１の範囲で変化さ
せることにより発光波長を４００〜６５０ｎｍの範囲で
変化させることができる。また、　ＩｎＧａＡＩＮ系半
導体レーザの代わりに４００〜４６０ｎｍの波長域では
Ｚｎ５ｅＳ系半導体レーザを、６　ＱＯ〜８００ｎｍの
波長域ではＩｎＧａＡＩＰ系半導体レーザを用いても同
様の表示装置が得られる。

また、本実施例では、透過型の散乱体について示したが
、反射型でも同様の効果を期待できることは明らかであ
る。

本実施例では、散乱面には上述のほか、同じ働きをする
他の如何なる散乱面であっても用いることができる。

さらに、本実施例では表示装置の広視野角化を図るため
に、レーザ光を散乱体に当てる場合について示したが、
例えばレンズや鏡のように光を拡散する部品を用いても
同様な効果が期待できることは明らかである。

〈実施例２〉第３図は本発明の第２の実施例を説明する図であって、
３１は半導体レーザ、３２は蛍光面、３３は光ビームで
ある。半導体レーザ３１から光ビーム３３が放出され、
光ビーム３３により蛍光面３２が発光して必要な表示が
行われる。

第３図における半導体レーザ３１としては発振波長２６
Ｏｒ＋＋ｓのＩｎ＋−＊−ｙＧａＪｌｙＮ　（０≦Ｘ≦
１，０≦ｙ≦１）系半導体レーザを用いた。

第４図は上記ＩｎＧａＡＩＮ系半導体レーザの構造を説
明する図であって、４１はＭｎ０（Ｉｌｌ）基板、４２
は”Ｉ＋４ｍ＾Ｉｓ、　ｓｔＮ活性層、４３はｎ形りｎ
＋、　＋１．Ａｌ１．４３Ｎクラッド層、４４はｐ形１
ｎｏ、　ｏｑ＾１６．９３Ｎクラッド層、４５はｎ形１
ｎｏ、。、＾１゜、９Ｊ電流阻止層かつ光閉じ込め層、
４６はｐ形Ｉｎｏ、。７＾ｌゆ１．、Ｎ電流阻止層かつ
光閉じ込め層、４７はｎ側電極、４８はＰ＠電極である
。

また、第３図における蛍光面３２には、ＰＭＭＡ製の円
盤の片面に（Ｙ＋　Ｇｄ）　Ｂｏｘ、　Ｚｎ２ＳｉＯ４
：　　Ｍｎ。

ＢａＭｇＡｌ＋４０ｚｚ　　：　　Ｅｕ等の蛍光体を塗
布したものを用いた。

さらに、蛍光体として、赤色発光にはＹ、Ｏｓ　：　Ｅ
ｕＹＶＯ４：Ｅｌｌ等、緑色発光には（Ｃｅ、　Ｔｂ）
ＭｇＡ１＋＋Ｏ＋ｑ。

ＹｚＳｉＯｓ　：　　Ｃｅ、　Ｔｂ等、青色発光にはＢ
ａ５ｉｓ’ｓ　：　Ｐｂ。

Ｓｒ、Ｐ、Ｏ，：　Ｅｕ等の蛍光体を用いても同様の結
果が得られる。さらに、蛍光体としては、上述の物質と
同様の効果を有する他の如何なる物質であっても用いる
ことができることは、ここに示した実施例から明らかで
ある。

第２の実施例の表示装置はＩＯＶの駆動電圧で動作し、
（Ｙ、　Ｇｄ）　ＢＯ３を塗布した場合には赤色に、Ｚ
ｎ２ＳｉＯ４：　　Ｍｎを塗布した場合には緑色に、Ｒ
ａＭｇＡｌ＋４０ｇ３：　　Ｅｕを塗布した場合には青
色に発光した。

本実施例では、半導体レーザの活性層の組成として、ｘ
＝０．４３．　１＝０．５１を選んだが、これを０≦Ｘ
’−１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１の範囲で変化させ
ることにより励起光の発光波長を１９０〜６５０ｎｍの
範囲で変化させることができる。また、ＩｎＧａＡＩＮ
系半導体レーザの代わりに、３３５〜４６０ｎ−の波長
域ではＺｎ５ｅＳ系半導体レーザを、６００〜８００ｎ
ｍの波長域ではＩｎＧａＡＩＰ系半導体レーザを用いて
も同様の表示装置を得ることができる。

〈実施例３〉第５図は本発明の第３の実施例を説明する図であって、
５１は半導体レーザ、５２はレンズ、５３はポリゴンミ
ラー、５４は画面、５５は光ビームである。

半導体レーザ５１から放出された光ビーム５５は、レン
ズ５２により集光されポリゴンミラー５３に入射する。

ポリゴンミラー５３で反射された光ビームは、ポリゴン
ミラーを回転させることにより画面上の任意の位置を走
査する。

第５図における半導体レーザ５１は、実施例１で示した
と同じ発振波長４５０ｎｍのＩｎ＋−＋＋−ｙＧａｚ＾
ｌ、Ｎ（０≦Ｘ≦１．０≦ｙ≦１）系半導体レーザを用
いた。散乱面５４には、ＰＭＭＡ板の片面を＃１０００
のエメリ祇により仕上げ、凹凸面を形成したものを用い
た。

また、散乱面としてＭＮＡモノマー、ベンゾインメチル
エーテル、微粉末シリカをｔｏｏ：１０：１の割合で混
合し板状成形体に流し込んだ後、水銀ランプを１時間照
射し光重合を行うことにより作製した物も使用できる。

光ビーム５５が画面上を走査する間に光源の半導体レー
ザ５１を点滅させることにより、画面上に図形を表示で
きる。

本実施例では反射鏡としてポリゴンミラーの例を示した
が、同様の作用を存する他のどんな光学部品であっても
有効であることは本実施例から明らかである。また、本
実施例では半導体レーザの発光波長として４５０ｎｍを
選んだが、Ｉｎ、　Ｇａ、Ａｌの組成比を変化させるこ
とにより発光波長を４００〜６５０ｎ−の範囲で変化さ
せることができる。また、ＩｎＧａＡＩＮ系半導体レー
ザの代わりに、４００〜４５０ｎｍの波長域ではＺｎ５
ｅＳ系半導体レーザを、６００〜８００ｎｍの波長域で
はｒｎＧａＡＩＰ系半導体レーザ、を用いても同様の表
示装置を得ることができる。

また、１つの半導体レーザからの光ビームを２次元的に
走査させる代わりに、半導体レーザを２次元アレイを作
り光ビームを１次元的に走査させる方法や、半導体レー
ザの３次元パネルを作り光ビームを走査させない手段も
可能である。

〈実施例４〉第６図は本発明の第４の実施例を説すする図であって、
６１は半導体レーザ、６２はレンズ、６３はポリゴンミ
ラー、６４は画面、６５は光ビーム、である。

半導体レーザ６１から放出された光ビーム６５は、レン
ズ６２により集光されポリゴンミラー６３に入射する。

ポリゴンミラー６３で反射された光ビーム６５は、ポリ
ゴンミラーを回転させることにより画面上の任意の位置
を走査する。

第６図における半導体レーザ６１としては、実施例２で
用いた発振波長２６０ｎｍ＋のＩｎ＋−ｘ−、Ｇａ、Ａ
Ｉ、Ｎ系半導体レーザを用いた。散乱面６４には、ＰＭ
ＭＡ板の片面に（Ｙ＋　Ｇｄ）ＢＯｓ、　Ｚｎ２ＳｉＯ
４：　Ｍｎ、　ＢａＭｇＡｌ＋４０ｔｓ：Ｅｕ等の蛍光
体を塗布したものを用いた。

この実施例の表示装置は、（Ｙ、　Ｇｄ）　ＢＯ３を塗
布した場合には赤色に、Ｚｎ、ＳｉＯ，：　　Ｍｎを塗
布した場合には緑色に、ＢａＭｇＡｌｚＯｔ、ｌ：　　
Ｅｕを塗布した場合には青色に発光する。

光ビーム６５が画面上を走査する間に光源の半導体レー
ザ６１を点滅させることにより、画面６４上に図形を表
示できる。また、この実施例では１種類の蛍光体を画面
６４全体に塗布したが、画面６４を０．１〜ｌｓｍ角の
画素に区分けし交互に赤緑青の蛍光体を塗布しておくこ
とにより、フルカラーの図形を表示できる。

本実施例では反射鏡としてポリゴンミラーの例を示した
が、同様の作用を存する他のどんな光学部品であっても
有効であることは本実施例の性格から明らかである。ま
た、本実施例では、半導体レーザの発光波長として４５
Ｏｒｖを選んだが、ＩｎｎＧａ、　ＡＩの組成比を変化
させることにより励起光の発光波長を１９０〜６５０ｎ
ｍの範囲で変化させることができる。さらに、ＩｎＧａ
ＡＩＮ系半導体レーザの代わりに、３３５〜４６０ｎＩ
１１の波長域ではＺｎ５ｅＳ系半導体レーザを、６００
〜８００ｎ１１の波長域ではＩｎＧａＡＩＰ系半導体レ
ーザを用いても同様の表示装置を得ることができる。

また、１つの半導体レーザからの光ビームを２次元的に
走査させる代わりに、半導体レーザを２次元プレイを作
り光ビームを１次元的に走査させる手段や、あるいは半
導体レーザの３次元パネルを作り光ビームを走査させな
い手段も可能である。

さらに、本実施例では表示装置の広視野角化及び多色化
を図るために、レーザ光を蛍光体に当てる場合について
示したが、蛍光を発する物質を添加したドープトガラス
で作ったレンズを用いても多色化が図れることは明らか
である。特に、この場合、光学系を設計することにより
視野角を自由に制限できるという利点を有する。

以上説明した各実施例の表示装置では、高輝度。

低電圧動作を特徴とする半導体レーザから放出される光
ビームを高効率で散乱或は発散させることにより画面を
発色させる構成となっているため、表示装置の高輝度化
、低動作電圧化等の改善が得られる。実際、本実施例で
用いた（Ｙ、　Ｇｄ　）　ＢＯｓＺｎ＊５ｉＯｎ　　：
　　Ｍｎ、　ＢａＭｇＡｌ＋４０ｚｓ　：　　Ｂｕ　＋
　’１ｚｏ３：　　Ｅｕ。

ＹＶＯ４：　　Ｅｕ＋　　（Ｃｅ、　　Ｔｂ）　ＭｇＡ
ｌ＋＋Ｏ＋ｑ、　　ＹｚＳｉＯｓ　　：　　Ｃａ。

Ｔｂ、　Ｂａ５ＩｚＯｓ　：　Ｐｂ、　５ｒｓＰｚＯ？
：　　Ｅｕ等の蛍光体は、何れも３０〜５０％という高
い発光効率を持っている。

また、半導体レーザは高速動作が可能なため、半導体レ
ーザを２次元アレイ化、あるいは３次元パネル化するこ
とにより走査速度をあげることにより、表示装置の高速
化が実現できた。特に、半導体レーザの３次元パネル化
により光ビームの走査が不用になったため、表示装置の
奥行き寸法を著しく短くできた。また、半導体レーザは
極めて高い発光効率をもつため、表示装置の低消費電力
化が図られ、駆動回路も小型軽量化できた。さらに、半
導体レーザは極めて長い寿命を、もつため、本発明の表
示装置も極めて長寿命である。

（発明の効果）以上述べたように本発明の各表示装置では、半導体レー
ザを用いることにより、低電圧・低消費電力で高速動作
し、薄型・大面積化が図れ、高輝度で発光し、通電する
電流量を制御するだけで発光強度を変えられるという特
徴を存する。また、半導体レーザは、小型軽量であり発
熱量も少ないことから、高集積化にも適する。そノｔ、
−メ゛ａ示装置全体の薄型化が容易である。また、半導
体レーザは極めて高い発光効率を有するため、他の発光
体に比べて、その駆動回路を小型軽量化できる。

また、半導体レーザの素子寿命子方時間という高倍転性
のため、信幀性の高い表示装置を実現できる。さらに、
半導体レーザば安価であるため、表示装置の低価格化が
図れる。

さらに、第２の発明は可視光の入射波長を変えることな
く表示できる利点を有し、第３の発明は入射波長を蛍光
体により変えることにより可視光外の短波長の光ビーム
を含めて任意の色の表示を可能とする利点を有し、第４
の発明はレンズ又は鏡を用いることにより簡易な表示を
行える利点を有する。

また、２次元アレイや３次元パネルを作製しても、半導
体レーザはＬＳＩと同様に高集積化を図ることにより素
子−個の価格が低下するという利点を有するため、表示
装置全体の価格も低く抑えられことかできる。

以上述べてきたように本発明の表示素子は従来の表示装
置に比べて種々の大きな利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表示装置の第１の実施例を示す図、第
２図は第１の実施例において用いた半導体レーザの構造
を説明する図、第３図は本発明の表示装置の第２の実施
例を示す図、第４図は第２の実施例において用いた半導
体レーザの構造を説明する図、第５図は本発明の表示装
置の第３の実施例を示す図、第６図は本発明の表示装置
の第４の実施例を示す図である。１１・・・・半導体レーザ１２・・・・散乱面１３・・・・光ビーム２１・・・・阿ｇｚＡ１０４　（１１１）基板２２・・
・・ＩｎＧａＮ活性層２３・・・・ｎ形ｒｎＡＩＮクラッド層２４・・・・ｐ
形１ｎＡＩＮクラッド層２５・・・・ｎ形１ｎＡＩＮ電
流阻止層、かつ光閉じ込め層２６・・・・ｐ形１ｎＡＩ
Ｎ電流阻止層、２７・・・・ｎ側電極２８・・・・ｐ側電極３１・・・・半導体レーザ３２・・・・蛍光面３３・・・・光ビーム４１・・・・Ｍｎ０（１１１）基板４２・・・・ＧａＡＩＮ活性層４３・・・・ｎ形１ｎＡＩＮクラッド層４４・・・・ｐ
形１ｎＡＩＮクラッド層４５・・・・ｎ形１ｎＡＩＮ電
流阻止層、４６・・・・ｐ形１ｎＡＩＮ電流阻止層、４
７・・・・ｎ側電極４８・・・・ｐ側電極５１・・・・半導体レーザ５２・・・・レンズ５３・・・・ポリゴンミラー５４・・・・画面５５・・・・光ビーム６１・・・・半導体レーザかつ光閉じ込め層かつ光閉じ込め層かつ光閉じ込め層６２・６３・６４・６５・・レンズ・ポリゴンミラー・画面光ビーム第１図第２図第３第４４８・−ｐａＩＪπ極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体レーザから放出された光ビームが表示画面
上に配した透過型或は反射型散乱体により散乱されるこ
とにより、表示画面を発色させることを特徴とする表示
装置。
（２）半導体レーザの発光波長が４００〜８００ｎｍで
あること、及び散乱体が入射光の波長を変えずに散乱す
ることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
（３）半導体レーザの発光波長が１９０〜８００ｎｍで
あること、及び散乱体として入射光より長波長の蛍光を
発する蛍光体を用いることを特徴とする請求項１記載の
表示装置。
（４）請求項１記載の表示装置において、光ビームがレ
ンズ或は鏡により拡散されることを特徴とする表示装置
。