JPH04315138A - 自己発光スクリーンおよびこの自己発光スクリーンを用いた像情報の表示方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は周囲環境を明るくしても
十分に観察できる高輝度の自己発光スクリーンおよびこ
の自己発光スクリーンを用いた像情報の表示方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にスクリーンは光を投射して像を観
察するための投射面である。例えば、映画，スライド・
プロジェクタ，ＯＨＰのプロジェクタ等においては反射
光を観察するためのスクリーンとして白布等が用いられ
る。また、投射光観察用の光学顕微鏡などでは透過光を
観察するためのスクリーンとしてガラス板等が用いられ
る。これらのスクリーンにおいては、単に像を投影する
だけでは、スクリーン面での輝度が低く、観察しにくい
ため周囲環境を暗くするなどの配慮をしなければならな
い。

【０００３】一方、テレビ画面などのスクリーンは、例
えばブラウン管等の受像管を用いて蛍光体を塗布した画
像面（スクリーン面）を電気信号で変調しながら電子線
を掃引し、蛍光体を発光せしめてその発光を観察するも
のであり、いわば透過型の自己発光スクリーンといえる
。ブラウン管の蛍光体としては、ＺｎＳ等の硫化物やＹ
２　Ｏ３　等の希土類化合物にＡｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ
，Ｅｕなどの賦活剤を添加したものが代表的なものであ
る。このようにスクリーン面で自己発光するタイプのも
のであれば輝度の問題はかなり改善され、比較的明るい
場所での観察も容易になってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た自己発光タイプのスクリーンとしてのテレビ画面には
ブラウン管等の受像管が一体に固定されており、この受
像管等の占有スペースによりテレビ画面の設置場所が限
定されてしまう不都合がある。また、テレビ画面を大型
化した場合には必要な電子線の照射エネルギが極めて大
きくなり、実用的でない。このため、大型スクリーンで
像を観察する場合には、自己発光しないスクリーンの上
にスライド，プロジェクタ，ＯＨＰのプロジェクタ等の
投影機を用いて像を結び、この像を周囲環境を暗くした
状態で観察するようにしているのが現状である。

【０００５】本発明は上記した技術的課題を解決し、高
輝度の自己発光型のスクリーンおよびこの自己発光スク
リーンを用いた像情報の表示方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の自己発光スクリ
ーンは上記の目的を達成するために、基体の上に赤外輝
尽発光体を含む発光層が設けられてなることを特徴とす
る。

【０００７】ここで、前記発光層はＣａＳとＥｕとＳｍ
の混合材料、ＣａＳとＣｅとＳｍの混合材料、ＳｒＳと
ＣｅとＳｍの混合材料のうち、いずれか１種の混合材料
を含むものでもよい。また、前記発光層は基体の上にそ
れぞれＣａＳとＥｕとＳｍの混合材料を固定した第１の
微小発光部と、該第１の微小発光部に隣接しかつＣａＳ
とＣｅとＳｍの混合材料を固定した第２の微小発光部と
、該第１および第２の微小発光部に隣接しかつＳｒＳと
ＣｅとＳｍの混合材料を固定した第３の微小発光部とを
最小単位として複数配置してなるものであってもよい。

【０００８】また、本発明の自己発光スクリーンを用い
た像情報の表示方法は、基体上に赤外輝尽発光体を含む
発光層が設けられてなる自己発光スクリーンに、前記発
光体を励起する波長を有する第１の光と該第１の照射光
と異なる波長の第２の光とを照射することによって、前
記両照射光による発光層の被照射部分の重畳部分を発光
させることを特徴とする。ここで、前記第１の照射光お
よび第２の照射光の少なくとも一方は像情報を有するよ
うにしてもよい。

【０００９】

【作用】本発明の自己発光スクリーンに用いられる赤外
輝尽発光体はあらかじめ短波長の光、あるいはＸ線、放
射線等で励起した後、赤外光で刺激すると可視域の発光
を発生する発光体である。ここで、赤外輝尽発光体の動
作原理をＣａＳ−Ｅｕ−Ｓｍ系発光体を例にとり説明す
る。

【００１０】まず、短波長の光を発光体に照射すると発
光体が励起されＥｕからＳｍに電子が移動する。次に、
赤外光を照射すると、その刺激によりＳｍに蓄積されて
いた電子がＥｕに移動する。Ｅｕに移動した電子はＥｕ
の基底準位に緩和しその際に光を放出する。このときの
発光が赤外輝尽発光である。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】図１は本発明の第１の実施例の自己発光ス
クリーンを用いた像情報の表示システムの構成を示す概
略斜視図である。

【００１３】図１において、符号１は自己発光スクリー
ンである。この自己発光スクリーン１は基体としての透
明基板２とこの透明基板２の一面上にスクリーン印刷技
術等により塗布され焼結固定された発光層３とから概略
構成されている。透明基板２の材質は発光層３に対する
焼結処理における焼結温度以上の耐熱性を有するもので
あれば使用可能であり、例えば軟化点１６００℃の透明
石英ガラスなどを例示できる。なお、必要に応じて透明
基板２の発光層３の固定される面に対し発光層３の固定
強度を向上させるためにエンボス加工等の表面加工処理
を施してもよい。

【００１４】発光層３は赤外輝尽発光材料を焼結した赤
外輝尽発光体から形成され、通常膜厚は５０〜１０００
μｍの範囲とされるが、これに限定されない。本実施例
に用いられる赤外輝尽材料としては、例えばアルカリ土
類金属カルコゲナイドの硫化カルシウム（ＣａＳ）にユ
ーロピウム（Ｅｕ）とサマリウム（Ｓｍ）を混合した材
料、ＣａＳにセリウム（Ｃｅ）とサマリウムを混合した
材料、または硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）にセリウム
とサマリウムを混合した材料のうち、いずれか１種の材
料を挙げることができる。上記発光層３の焼結に際して
は、赤外輝尽材料の酸化を防止するために焼結炉中にＡ
ｒなどの不活性ガスを導入することが望ましい。また、
アルカリ土類金属カルコゲナイドとしてＣａＳなどの硫
化物を用いた場合の焼結には上記不活性ガスに硫化水素
を混合したガスや、硫化水素ガスを導入することによっ
て焼結時の加熱により硫黄成分が蒸発し赤外輝尽発光体
中に硫黄欠損が生じることを防止できる。さらに、Ｃｅ
を用いた場合の焼結には、上記不活性ガスにセレン化水
素を混合したガスやセレン化水素ガスを導入することに
よって焼結時の加熱による赤外輝尽発光体中のセレン欠
損が生じることを防止できる。ここで、発光層３を形成
する赤外輝尽発光体中の添加物としてのユーロピウム，
サマリウムおよびセリウムの添加物濃度は赤外輝尽発光
体の赤外可視変換効率を考慮したうえで５〜５０００ｐ
ｐｍの範囲内で適宜決められる。この濃度範囲内におい
ては、各添加物の濃度が低いほど、赤外輝尽発光体が像
情報を保持する時間（メモリ時間）が長くなり、逆に添
加物濃度が高いほど、赤外輝尽発光体の応答時間が短く
なる傾向がある。したがって、自己発光スクリーンの用
途に応じて濃度を加減することによって最適な性能を得
ることができる。上記メモリ時間を赤外輝尽発光の輝度
が発光開始から初期発光輝度が１０分の１に低下するま
での時間と定義し、また応答時間を、短波長光などの予
備光の照射により励起された赤外輝尽発光体に赤外光を
照射してから赤外輝尽発光の出力が最大となるまでの立
上がり時間と発光輝度が最大値の１／２以下になるまで
の立下がり時間との和と定義する。ここで、例えばＣａ
Ｓ系の赤外輝度発光体中のＥｕ濃度を５００ｐｐｍ、Ｓ
ｍ濃度を１５０ｐｐｍとした場合のメモリ時間は１時間
以上となり、応答時間は５０ｎｓｅｃ以下である。

【００１５】次に、上記構成の自己発光スクリーン１の
発光層３の前方には発光層３に紫外光４を照射するため
の紫外光源５と、白色光源６とがそれぞれ発光層３から
所定の距離を隔てて配置されている。白色光源６は前面
に開口部（図示略）を有するランプボックス７内に配設
されており、このランプボックス７の開口部の前方には
発光層３に照射される赤外光８のみを透過するための赤
外光透過フィルタ９が配置されている。図１に示すよう
に、赤外光透過フィルタ９は十字形状のテスト・パター
ン９ａを有している。このテストパターン９ａは赤外光
８に像情報としての十字形状を付与するためのものであ
る。

【００１６】次に、上記のように構成された像情報の表
示システムを用いた本発明の像情報の表示方法の一例に
ついて説明する。まず、紫外光源５からの紫外光４を第
１の照射光として発光層３の全面に所定時間だけ照射す
ることによって発光層３の赤外輝尽発光体を励起状態に
おく。次いで、紫外光４の照射終了後から所定時間だけ
経過した後、赤外光透過フィルタ９を通過した白色光源
６からの赤外光８を第２の照射光として発光層３に照射
する。赤外光８は赤外光透過フィルタ９のテスト・パタ
ーン９ａにより十字形状の像情報を有しており、発光層
３の上の投影像１０も十字形状となる。発光層３のうち
、赤外光８が照射された部分、すなわち投影像１０に対
応する部分の赤外輝尽発光体から発光する。この赤外輝
尽発光は少なくとも上記メモリ時間観察できる。本実施
例においては、図１に示すように自己発光スクリーン１
の発光層３側に位置する第１の観察者１１あるいは透明
基板２側に位置する第２の観察者１２のいずれもが投影
像１０に対応する発光層３の発光像を観察できる。

【００１７】上記実施例では、第１の照射光を所定時間
照射したのち、その照射の終了から間隔をおいて第２の
照射光を照射するようにしたが、第１の照射光と第２の
照射光とをほぼ同時に発光層３に照射してもよい。この
同時照射の場合、発光層３の励起光たる第１の照射光を
発光層３の励起に要する時間（約５０ｎｓｅｃ程度）だ
けで第２の照射光に先行して照射することが望ましい。

【００１８】また、上記実施例では、第２の照射光に像
情報を付与して像情報の表示を行うようにしたが、像情
報を第１の照射光に付与してもよく、また第１および第
２の双方の照射光に像情報を付与してもよい。

【００１９】図２は本発明の第２の実施例の自己発光ス
クリーンを用いた像情報の表示システムの構成を示す概
略斜視図である。

【００２０】図２において、符号２０は自己発光スクリ
ーンである。この自己発光スクリーン２０は基体として
の透明基板２とこの基板２の一面上に物理的蒸着法によ
り堆積された発光層２１とから概略構成されている。

【００２１】発光層２１の堆積は例えば次のような手順
で行うことができる。ＣａＳ−Ｓｍ−Ｃｅ系の赤外輝尽
発光体の作製の場合、まず、硫化カルシウム１００ｇに
対し酸化サマリウム０．１ｇおよび硫化セリウム０．１
ｇを混合した粉末を、加圧成形して原料ペレットとする
。この原料ペレットを電子ビーム加熱蒸着装置内に設置
し電子ビーム加熱により加熱蒸着させる。このとき同じ
蒸着装置内に予め設置しておいた基板（ガラス基板）２
の上に発光体薄膜（発光層）２１を形成する。薄膜形成
時の基板温度を例えば５００℃とし、薄膜形成速度を４
００ｎｍ／ｍｉｎとすることにより目的の膜厚の発光層
２１を得ることができる。なお、蒸着時に硫化水素を放
電によりプラズマ化させ、基板２上に照射することによ
って発光層２１の硫黄欠損の発生を防止することができ
る。

【００２２】このような構成の自己発光スクリーン２０
の発光層２１の前方には発光層２１の全面に紫外光４を
照射するための紫外光源５と、レーザビーム２２を照射
するための例えばＹＡＧレーザなどのレーザビーム光源
２３とがそれぞれ発光層２１から所定の距離を隔てて配
置されている。レーザビーム光源２３と発光層２１との
間にはレーザビーム光源２３の近傍位置の図示しない高
速駆動機構に、レーザビーム光源２３からのレーザビー
ム２２を収束するための収束レンズ２４が取り付けられ
ている。また、レーザビーム光源２３の出射端には図示
しないガルバノミラーが設けられている。

【００２３】次に、上記のように構成された像情報の表
示システムを用いた本発明の像情報の表示方法の一例に
ついて説明する。まず、紫外光源５からの紫外光４を第
１の照射光として発光層２１の全面に所定時間だけ照射
することによって発光層２１の赤外輝尽発光体を励起状
態におく。次いで、紫外光４の照射終了後から所定時間
だけ経過した後、投影面積が所定の面積となるように絞
り込んだレーザビーム２２を照射し、収束レンズ２４を
高速駆動させ、ガルバノミラーでレーザビーム２２を高
速回転して発光層２１上で掃引する。これにより、レー
ザビーム２２が掃引されて照射された部分、すなわち投
影像１０に対応する部分の赤外輝尽発光体が発光する。

【００２４】本実施例においても、基体として透明基板
２を用いているので、発光層２１側に位置する第１の観
察者１１は勿論、透明基板２側に位置する第２の観察者
によっても投影像１０に対応する発光層２１の発光像を
観察できる。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例の自己発光ス
クリーンの構成を説明する。本実施例における発光層は
、基体の上にＣａＳとＥｕとＳｍの混合材料を固定した
第１の微小発光部と、ＣａＳとＣｅとＳｍの混合材料を
固定した第２の微小発光部と、ＳｒＳとＣｅとＳｍの混
合材料を固定した第３の微小発光部とを互いに近接させ
たものを最小単位とし、この最小単位を複数配置した構
成となっている。

【００２６】このような発光層を有する自己発光スクリ
ーンに対して、例えばＣｄレーザビーム光源から３つの
波長０．６４μｍ，０．５２μｍ，０．４８μｍを含む
レーザビームを像情報を有する第１の照射光として上記
各微小発光部にそれぞれ照射したのち、発光層全面に赤
外光を第２の照射光として照射する。これにより、第１
の微小発光部から赤色光、第２の微小発光部から緑色光
、第３の微小発光部から青色光が得られる。すなわち、
色光の３原色が得られる。

【００２７】上記実施例においては、照射光の波長，強
度および照射位置を変調すれば、目視の上では３原色の
組合せからなる全ての色で発光し得る画像を得ることが
できる。

【００２８】（実施例１）サイズ５０ｃｍ×５０ｃｍの
ガラス基板上にＥｕとＳｍを含有させたＣａＳの粉末、
ＣｅとＳｍを含有させたＳｒＳの粉末、ＣｅとＳｍを含
有させたＣａＳの粉末をそれぞれ塗布し焼結固定して３
種類の自己発光スクリーンを作製した。各スクリーン上
に画像を投影する実験を図１に示す表示システムを用い
て行った。光源には通常のハロゲンランプ（５００Ｗ）
を用い、これから射出される赤外線を画像情報を持った
マスクパターンを通してスクリーン上に照射した。すな
わち、マスクパターンを透過するパターンを画像として
スクリーン上に投影した。これら原画の投写に先立って
、紫外光源としての超高圧水銀灯から発せられる紫外光
をスクリーンに照射しておき、その後に様々の原画をス
クリーン上に投射した。

【００２９】その結果、ＣａＳ＋Ｅｕ，Ｓｍを塗布した
スクリーンが鮮やかに赤色に発光しＳｒＳ＋Ｃｅ，Ｓｍ
を塗布したスクリーンにテスト・パターンを投射した時
、そのスクリーンが鮮やかに青色に発光し、またＣａＳ
＋Ｃｅ，Ｓｍを塗布したスクリーンにテスト・パターン
を投射した時、そのスクリーンが鮮やかに緑色に発光す
ることを確認することができた。これらの発光は極めて
高輝度（３００ｃｄ／ｃｍ２　以上）のもので、通常の
室内環境の下で、十分にテスト・パターンを観察できる
ものであり、特に室内を暗くする必要はなかった。した
がって、上記材料を用いた自己発光スクリーンが十分に
実用に供しうるものであることを確認できた。

【００３０】（実施例２）実施例１で作製した３種類の
スクリーンに対して本実施例では図２に示すようにレー
ザビームの照射掃引を行った。

【００３１】すなわち、超高圧水銀灯により紫外光を各
スクリーン上に一括照射した後、約１ｍｍφに絞ったＹ
ＡＧレーザビーム（波長１．０６μｍ）を照射し、収束
のためのレンズを高速駆動機構に取り付け、さらにガル
バノ・ミラーでビームを高速回転してｍｓｅｃオーダー
の時間でスクリーン上で掃引したところ、被掃引部分が
ＣａＳ＋Ｅｕ，Ｓｍを塗布したスクリーンの場合、赤色
に発光、ＳｒＳ＋Ｃｅ，Ｓｍを塗布したスクリーンの場
合、青色に発光、ＣａＳ＋Ｃｅ，Ｓｍを塗布したスクリ
ーンの場合、緑色に発光することを確認できた。発光は
いずれも高輝度（３００ｃｄ／ｃｍ２　以上）で鮮やか
なものであり、明るい場所でも十分に観察可能のもので
あった。また発光はスクリーン上、数十ｍｓｅｃの時間
でビーム掃引されるため、目視によればちょうどテレビ
画面のごとくスクリーン全面にわたって、一画面として
観察できるものである。

【００３２】（実施例３）実施例１と異なり、画像情報
を予備照射（励起光照射）の短波長の光で与える実験を
行った。予備照射光として超高圧水銀灯（５００Ｗ）か
ら発せられる紫外光を、像情報を持ったマスク・パター
ンを通して、３種の粉末材料のいずれかを塗布した３種
のスクリーンにそれぞれ投射した後、ハロゲンランプ（
５００Ｗ）からの赤外線をスクリーン上に一括照射して
、発光画像を得た。画像はいずれも明瞭で高輝度（３０
０ｃｄ／ｃｍ２　以上）のもので、明るい場所でも十分
観察可能のものであった。

【００３３】（実施例４）実施例２と異なり、画像情報
を予備照射の短波長の光で与える実験を行った。予備照
射光としての約１ｍｍφのＡｒレーザビームを照射し、
光学系の駆動，回転によりスクリーン上で掃引して画像
情報を与えた後、５００Ｗのハロゲン・ランプからの赤
外線をスクリーン上に一括照射して予備照射した部分が
画像情報として画面上に浮かび上がることを確認した。 画像はいずれも明瞭で高輝度（３００ｃｄ／ｃｍ２　以
上）のもので、明るい場所でも十分観察可能のものであ
った。

【００３４】（実施例５）ＣａＳ＋Ｅｕ，ＳｍおよびＳ
ｒＳ＋Ｃｅ，ＳｍおよびＣａＳ＋Ｃｅ，Ｓｍの３種の粉
末を材料として、各々を微小部分に塗布して、隣接させ
て繰り返しスクリーン全面に塗布したスクリーンを作製
した。各々の微小パターンは縦１ｍｍ，横０．４ｍｍか
らなる長方形のものであり、（ＣａＳ＋Ｅｕ，Ｓｍ），
（ＳｒＳ＋Ｃｅ，Ｓｍ）（ＣａＳ＋Ｃｅ，Ｓｍ）の順に
縦横に一面に配置して５０ｃｍ×５０ｃｍのスクリーン
全面を一様にカバーしている。これらの各粉末の塗布は
スクリーン印刷技術により各々作製した。

【００３５】このスクリーン面は赤，青，緑の３原色を
発光しうる材料が一面ドット状に配列していることに相
当する。

【００３６】次いで、画像情報を与える予備照射光とし
て、Ｃｄレーザから発する３波長（０．６４μｍ，０．
５２μｍ，０．４８μｍ）の光を用いた。光学系にはダ
イクロイック・フィルターとミラーを用いて所望の発光
に対応する光の波長を選択し、その照射位置はミラーの
駆動と回転で制御しかつ掃引できるように構成した。こ
の予備照射系により、画像情報を一旦、電気信号に変換
した後、ダイクロイック・フィルターとミラーを動作さ
せて、スクリーン上に画像情報を与えた。しかる後に、
５００Ｗのハロゲン・ランプからの赤外線をスクリーン
上に一括照射して、発光画像を得た。画像の色として赤
・青・緑の３原色の混合から得られるすべての色の発光
を目視上、観察できることを確認し、その色調・コント
ラスト共に目視上、現画像と何ら変わらないものが得ら
れた。さらに、その発光は極めて鮮やかで明るいもので
輝度は３００ｃｄ／ｃｍ２　以上と、明るい場所でも十
分に観察できるものであった。

【００３７】本実施例は、カラーテレビのフラウン管の
画像に相当するものを、光学的な自己発光スクリーンで
実現したものである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自己発光
スクリーンは、光を投射することにより、自ら高輝度で
発光するスクリーンであるから従来用いられていた通常
のスライド・プロジェクタやＯＨＰプロジェクタのスク
リーンに比べて明るい場所でも十分に観察できるという
利点がある。

【００３９】また、本発明の自己発光スクリーンを用い
た像情報の表示方法によれば、光ビームのスキャンによ
り、スキャンする図形のパターンに応じてスクリーンが
発光することから、テレビ画面のブラウン管に相当する
効果を、光ビームを用いて大気中で実現することができ
る。さらに、予備照射による励起の接続時間が比較的長
い、即ちメモリー機能を合わせ持つことから、光により
像を投射し終えた後も、スクリーン上に図形を記憶し続
けられるという特徴をあわせ持つ。

【００４０】本発明の自己発光スクリーンに塗布される
材料は赤外輝尽発光材料として比較的容易に得られるも
ので、また塗布固定の工程も簡便で製造コスト的にも有
利である。

【００４１】以上、本発明の自己発光スクリーンは、画
像技術，表示技術の発展の著しい今日、この分野に大き
なインパクトを与える実用的な新技術として期待される
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の自己発光スクリーンを
用いた像情報の表示システムの構成を示す概略斜視図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施例の自己発光スクリーンを
用いた像情報の表示システムの構成を示す概略斜視図で
ある。

【符号の説明】

１　　自己発光スクリーン ２　　透明基板 ３　　発光層 ４　　紫外光 ５　　紫外光源 ６　　白色光源 ７　　ランプボックス ８　　赤外光 ９　　赤外光透過フィルタ ９ａ　　テストパターン １０　　投影像 １１　　観察者 １２　　観察者 ２０　　自己発光スクリーン ２１　　発光層 ２２　　レーザビーム ２３　　レーザビーム光源 ２４　　収束レンズ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基体の上に赤外輝尽発光体を含む発光
   層が設けられてなることを特徴とする自己発光スクリー
   ン。
2. 【請求項２】　　前記発光層はＣａＳとＥｕとＳｍの混
   合材料、ＣａＳとＣｅとＳｍの混合材料、ＳｒＳとＣｅ
   とＳｍの混合材料のうち、いずれか１種の混合材料を含
   むことを特徴とする請求項１に記載の自己発光スクリー
   ン。
3. 【請求項３】　　前記発光層は基体の上にそれぞれＣａ
   ＳとＥｕとＳｍの混合材料を固定した第１の微小発光部
   と、該第１の微小発光部に隣接しかつＣａＳとＣｅとＳ
   ｍの混合材料を固定した第２の微小発光部と、該第１お
   よび第２の微小発光部に隣接しかつＳｒＳとＣｅとＳｍ
   の混合材料を固定した第３の微小発光部とを最小単位と
   して複数配置してなるものであることを特徴とする請求
   項１に記載の自己発光スクリーン。
4. 【請求項４】　　基体上に赤外輝尽発光体を含む発光層
   が設けられてなる自己発光スクリーンに、前記発光体を
   励起する波長を有する第１の光と該第１の照射光と異な
   る波長の第２の光とを照射することによって、前記両照
   射光による発光層の被照射部分の重畳部分を発光させる
   ことを特徴とする自己発光スクリーンを用いた像情報の
   表示方法。
5. 【請求項５】　　前記第１の照射光および第２の照射光
   の少なくとも一方は像情報を有することを特徴とする請
   求項４に記載の自己発光スクリーンを用いた像情報の表
   示方法。