JPH05307157A

JPH05307157A - 表示装置

Info

Publication number: JPH05307157A
Application number: JP4137823A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morio; 稔森尾; Seiichi Watanabe; 誠一渡辺; Toshiyuki Samejima; 俊之鮫島; Setsuo Usui; 節夫碓井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1993-11-19
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP3318963B2

Abstract

(57)【要約】【目的】動画その他の画像を大画面かつ高精細度で表
示することができ、安定性にも優れ、しかも製造が容易
な表示装置を実現する。【構成】Ｓｉ薄膜にレーザ光３を照射して結晶−アモ
ルファス相変化を起こさせることにより画像を書き込
み、表示用光源５からの光をこのＳｉ薄膜に照射して透
過によりスクリーン７上に画像を拡大投影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表示装置に関し、特
に、半導体薄膜の結晶−アモルファス相変化を利用した
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像の表示装置として、ＧｅＳｂ
Ｔｅなどのカルコゲナイド系の多元合金の光による相変
化を利用したものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
表示装置は、カルコゲナイド系の多元合金は書き換え回
数に制限があるため、約１／１０秒に１回書き換えを行
う動画の表示には使用することができないという問題が
ある。

【０００４】一方、反射型の表示装置として、いわゆる
エラストマ材料を用いたものがあるが、このエラストマ
材料は安定性に不安があり、現状では実用化は困難と考
えられる。また、透過型の表示装置として液晶表示装置
があるが、特にアクティブ・マトリクス型の液晶表示装
置では、解像度が１個１個のトランジスタの作り込みに
よっているので、大画面、高精細度になればなるほど製
造上の困難が増すという問題がある。

【０００５】従って、この発明の目的は、動画を含む各
種の画像を大画面かつ高精細度で表示することができ、
安定性に優れ、しかも製造が容易な表示装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来、シリコン（Ｓｉ）
やゲルマニウム（Ｇｅ）のようなＩＶ族半導体は、溶融
固化によってアモルファス相を得ることは困難であると
考えられていた。しかし、本発明者は、種々実験を行っ
た結果、ガラス基板などの可視光に対して透明な基板上
に形成された例えば膜厚５０ｎｍ以下のＳｉ薄膜に短波
長のパルスレーザ光（波長５００ｎｍ以下、パルス幅１
００ｎｓ以下）を照射すると、照射エネルギー密度によ
って溶融固化後にアモルファス相または結晶相が可逆的
に得られることを見いだした。

【０００７】本発明者による実験の結果によれば、図８
に示すように、レーザ光の照射エネルギー密度が大きい
とアモルファス相が得られ、照射エネルギー密度が小さ
いと結晶相が得られる。また、レーザ光の照射によって
得られたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜及び結
晶シリコン薄膜の電気的特性及び光学的特性は、それぞ
れ図９及び図１０に示すようになる。図９に示すよう
に、リンがドープされたＳｉ薄膜の電気伝導度は結晶相
では約１０³Ｓ／ｃｍであるが、照射エネルギー密度を
大きくしてアモルファス相にすると約１０^-1Ｓ／ｃｍに
減少する。また、図１０に示すように、光吸収係数は結
晶相では波長５００ｎｍ（光子のエネルギーに換算して
約２．５ｅＶ）で約１０⁴ｃｍ^-1であるが、アモルファ
ス相にすることにより約１０⁵ｃｍ^-1に増加する。すな
わち、アモルファス相と結晶相との間での屈折率の変化
は０．２に達する。

【０００８】以上のようなＳｉ薄膜の二つの相、すなわ
ち結晶相とアモルファス相との間での光学的性質または
電気的性質の変化を利用することにより、表示装置を実
現することが可能である。より一般的には、ＩＶ族元素
を主成分とする半導体薄膜の結晶相とアモルファス相と
の間での光学的性質または電気的性質の変化を利用する
ことによって、表示装置を実現することが可能である。
また、半導体薄膜の結晶−アモルファス相変化は、レー
ザ光以外の各種のエネルギービームの照射によっても起
こさせることが可能である。

【０００９】この発明は、以上の検討に基づいて案出さ
れたものである。

【００１０】すなわち、上記目的を達成するため、この
発明による表示装置は、ＩＶ族元素を主成分とする半導
体薄膜（３４、４５）にエネルギービームを照射して結
晶−アモルファス相変化を起こさせることにより画像を
書き込み、表示用光源からの光を半導体薄膜（３４、４
５）に照射して反射または透過により画像を投影表示す
るようにしたものである。

【００１１】ここで、半導体薄膜としては、Ｓｉ薄膜や
Ｇｅ薄膜のほか、ＳｉとＧｅとの化合物から成る薄膜な
どを用いることができる。

【００１２】また、エネルギービームとしては、レーザ
光のほか、通常のランプ光源による光、さらにはイオン
ビームや電子線などを用いることができる。

【００１３】

【作用】上述のように構成されたこの発明による表示装
置によれば、半導体薄膜上をレーザ光などのエネルギー
ビームで走査することにより画像を高精細度で書き込む
ことができる。そして、このようにして画像が書き込ま
れた半導体薄膜に表示用光源からの光を照射して反射ま
たは透過により画像を拡大投影表示することができる。
これによって、大画面かつ高精細度の画像を表示するこ
とができる。しかも、この半導体薄膜はＳｉやＧｅなど
のＩＶ族元素を主成分とするものであるので、融点が高
く、結晶−アモルファス相変化の転移温度もカルコゲナ
イド系の多元合金に比べて高く、極めて安定である。ま
た、この半導体薄膜は書き換え可能回数が非常に高く、
高速で書き換えを行う必要のある動画の表示にも使用す
ることができる。さらに、この表示装置は、液晶表示装
置のようにトランジスタを作り込む必要がないので、製
造も容易である。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１５】図１はこの発明の一実施例による表示装置
を示す。

【００１６】図１に示すように、この実施例による表示
装置においては、例えばＳｉ薄膜を含む多層膜がガラス
基板などの上に形成された反射板１を用い、画像書き込
みレーザ２からのレーザ光３をオプティカルスキャナ４
により反射板１の一主面上で走査し、Ｓｉ薄膜に結晶−
アモルファス相変化を起こさせることにより画像を書き
込む。そして、画像を表示する場合には、表示用光源５
からの光６を反射板１の他方の主面に照射し、この反射
板１での光の反射により、Ｓｉ薄膜に書き込まれた画像
をスクリーン７上に拡大投影する。

【００１７】図２はこの発明の他の実施例による表示装
置を示す。

【００１８】図２に示すように、この他の実施例による
表示装置においては、図１に示す表示装置における反射
板１の代わりに、例えばＳｉ薄膜を含む多層膜がガラス
基板などの上に形成された透過板８を用い、画像の書き
込みは図１に示す表示装置と同様に、画像書き込みレー
ザ２からのレーザ光３を透過板８の一主面上で走査する
ことにより行う。そして、画像の表示は、表示用光源５
からの光６を透過板８に照射し、この透過板８での光の
透過により、Ｓｉ薄膜に書き込まれた画像をスクリーン
７上に拡大投影することにより行う。

【００１９】上述の図１に示す表示装置及び図２に示す
表示装置のいずれによっても、大画面かつ高精細度の画
像を表示することができる。また、レーザ光３の照射に
よるＳｉ薄膜への画像の書き込み可能回数は極めて大き
いため、高速で書き換えを行う必要のある動画の表示に
も、これらの表示装置を使用することができる。さら
に、Ｓｉ薄膜は安定であることから、これらの表示装置
の信頼性は高い。さらにまた、この表示装置は、液晶表
示装置のようにトランジスタを作り込む必要がないた
め、製造が容易である。

【００２０】図３は上述の透過型の表示装置のより具体
的な構成を示す。なお、この図３に示す表示装置は、Ｓ
ｉ薄膜レーザアドレス・ライトバルブ型ディスプレイと
呼ばれる。

【００２１】図３に示すように、この表示装置において
は、Ｓｉ薄膜ライトバルブ１１を用いる。そして、画像
を書き込む場合は、画像書き込みレーザ１２からのレー
ザ光１３をオプティカルスキャナ１４を介して誘電体ミ
ラー１５で反射させてからＳｉ薄膜ライトバルブ１１に
入射させ、このＳｉ薄膜ライトバルブ１１のＳｉ薄膜に
結晶−アモルファス相変化を起こさせることにより結晶
化またはアモルファス化する。この場合、レーザ光１３
は、オプティカルスキャナ１４によりＳｉ薄膜ライトバ
ルブ１１のＳｉ薄膜における各絵素をアドレスして順次
走査する。このようにして、このＳｉ薄膜における各絵
素を結晶相とするかアモルファス相とするかにより画像
が書き込まれる。一方、画像を表示する場合は、表示用
光源１６からの光１７をコリメータレンズ１８で平行光
にし、この平行光を誘電体ミラー１５を介してＳｉ薄膜
ライトバルブ１１に入射させ、このＳｉ薄膜ライトバル
ブ１１のＳｉ薄膜に書き込まれた画像を投影レンズ１９
によりスクリーン２０上に拡大投影する。

【００２２】画像書き込みレーザ１２としては、例え
ば、ＹＡＧレーザに第二高調波発生素子（ＳＨＧ素子）
を付属させて短波長のレーザ光を発生することができる
ようにしたものや、紫外域の波長のレーザ光を発生する
ことができるエキシマレーザ（例えば、ＸｅＣｌエキシ
マレーザ（波長３０８ｎｍ））などを用いることができ
る。また、オプティカル・スキャナ１４は、例えば、画
像書き込みレーザ１２からのレーザ光１３を水平方向に
偏向させるための電気光学効果または音響光学効果を用
いた光偏向素子と、レーザ光１３を垂直方向に偏向させ
るためのポリゴン回転ミラーとを有し、これらの光偏向
素子及びポリゴン回転ミラーによりレーザ光１３を走査
することができるようになっている。さらにまた、表示
用光源１６としては、例えば、メタルハライドランプな
どの高輝度光源を用いることができる。

【００２３】なお、誘電体ミラー１５は表示用光源１６
からの光１７の光路中に設けられるが、誘電体ミラー１
５で妨げられることなくこの光１７をＳｉ薄膜ライトバ
ルブ１１に導くために、この誘電体ミラー１５は、画像
書き込みレーザ１２からのレーザ光１３は全反射する
が、光１７に対しては透明になるように構成される。

【００２４】図４は、レーザ光の照射によるＳｉ薄膜の
光学的性質、すなわち吸収係数の変化の変化を利用して
画像を書き込む場合に好適に用いられるＳｉ薄膜ライト
バルブの例を示す。

【００２５】図４に示すように、このＳｉ薄膜ライトバ
ルブは、ガラス基板３１、誘電体多層膜３２、３３、Ｓ
ｉ薄膜３４及び保護層としてのＳｉＯ₂膜３５から成
る。

【００２６】この場合、誘電体多層膜３２、３３は、Ｓ
ｉ薄膜３４のうちアモルファス相の部分（図４において
符号３４ａで示す部分）は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青
（Ｂ）の各光に対して不透明になり、Ｓｉ薄膜３４のう
ち結晶相の部分（図４において符号３４ａで示す部分以
外の部分）はＲ、Ｇ及びＢのうち例えばＲの光に対して
透明になるように設計される。また、Ｓｉ薄膜３４のう
ち結晶相の部分がそれぞれＲ、Ｇ及びＢの光に対して透
明になるように誘電体多層膜３２、３３が設計された三
種類のＳｉ薄膜ライトバルブを用いることにより、カラ
ー画像を表示することが可能である。

【００２７】上述のようにレーザ光の照射によるＳｉ薄
膜３４の吸収係数の変化を利用して画像を書き込む場合
には、Ｓｉ薄膜３４が単に光を吸収するかしないかを利
用するので、投影光学系としてはスライドプロジェクタ
ーの光学系と同様な、図３に示すようなものを用いるこ
とができる。

【００２８】一方、レーザ光の照射によるＳｉ薄膜３４
の屈折率の変化を利用して画像を書き込む場合にも図４
に示すと同様なＳｉ薄膜ライトバルブを用いることがで
きるが、この場合には、Ｓｉ薄膜３４の干渉効果を利用
して光の透過率を制御するため、このＳｉ薄膜３４の膜
厚を厳密に設計する必要がある。また、この場合、表示
用の光をＳｉ薄膜ライトバルブに垂直に入射させること
が必要であるが、これは図３に示すコリメータレンズ１
８により達成されている。

【００２９】図５は、レーザ光の照射によるＳｉ薄膜の
電気伝導度の変化を利用して画像を書き込む場合に好適
に用いられるＳｉ薄膜ライトバルブの例を示す。

【００３０】図５に示すように、このＳｉ薄膜ライトバ
ルブは、ガラス基板４１、透明導電酸化膜（ＴＣＯ膜）
４２、液晶材料やエレクトロルミネッセンス材料などの
電界によって光の透過率が変化する材料から成る層４
３、誘電体薄膜４４、Ｓｉ薄膜４５、ＴＣＯ膜４６及び
ガラス基板４７から成る。

【００３１】この場合には、レーザ光の照射による結晶
−アモルファス相変化によりＳｉ薄膜４５の電気伝導度
を変化させ、これによって層４３に加わる電界を変化さ
せることによりこの層４３の光の透過率を変化させる。
この場合、Ｓｉ薄膜４５は単に電気伝導率が変化するだ
けであり、画像の表示は電界印加による光変調機能を有
する層４３が行う。なお、図５において、Ｓｉ薄膜４５
のうちアモルファス相の部分を符号４５ａで示す。

【００３２】この図５に示すＳｉ薄膜ライトバルブを用
いる場合の投影光学系は、基本的にはＳｉ薄膜の屈折率
の変化を利用して書き込みを行う場合と同様であるが、
この場合、このＳｉ薄膜ライトバルブを通過させる光は
偏光である必要がある。従って、表示用の光の光路中に
偏光素子を設ける必要がある。このような光学系の例と
しては、最近開発された液晶プロジェクターがある（テ
レビジョン学会誌、Vol. 45, No. 2, pp. 170 〜175(19
91) 。

【００３３】次に、レーザ光の照射による結晶−アモル
ファス相変化を利用したＳｉ薄膜ライトバルブの青色
（Ｂ）の光に対する透過率の測定例について説明する。
この透過率の測定の試料としては、図６に示すように、
ガラス基板５１上に、膜厚が１００ｎｍのＺｎＳ膜５２
と膜厚が１００ｎｍのＭｇＦ₂膜５３とを交互にそれぞ
れ１０層ずつ積層し、その上に膜厚が５０ｎｍのＳｉ薄
膜５４を形成し、さらにその上に膜厚が１００ｎｍのＳ
ｉＯ₂膜５５を形成したものを用いた。なお、図６にお
いて、符号５４ａは結晶化された部分を示し、５４ｂは
アモルファス化された部分を示す。

【００３４】この図６に示す試料を用いて青色光に対す
る透過率を測定した結果を図７に示す。なお、この青色
光は白色光を青色フィルターを通すことにより得た。こ
の青色フィルターの透過特性は図７に示す通りである。

【００３５】図７に示すように、青色の光に対して、結
晶化されたＳｉ薄膜の透過率は数十％以上であるのに対
して、アモルファス化されたＳｉ薄膜の透過率は１０％
以下と小さいことがわかる。

【００３６】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が
可能である。

【００３７】例えば、図４及び図５に示すＳｉ薄膜ライ
トバルブは透過型であるが、反射型の表示装置において
は、反射型のＳｉ薄膜ライトバルブが用いられる。ここ
で、透過型のＳｉ薄膜ライトバルブは、Ｓｉの青色光に
対する透過率が小さいため、カラー表示を行う場合には
不利であるが、反射型のＳｉ薄膜ライトバルブはこのよ
うな問題がなく、カラー表示を行う場合に有利である。

【００３８】また、上述の実施例による表示装置におい
て、カラー表示を行う場合には、ＲＧＢ時分割を用いる
ようにしてもよい。この場合には、書き込み用光源と表
示用光源とを同期させる必要がある。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
動画を含む各種の画像を大画面かつ高精細度で表示する
ことができ、安定性にも優れ、しかも製造が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による表示装置を示す略線
図である。

【図２】この発明の他の実施例による表示装置を示す略
線図である。

【図３】透過型の表示装置のより具体的な構成例を示す
略線図である。

【図４】透過型の表示装置に好適に用いられるＳｉ薄膜
ライトバルブの例を示す断面図である。

【図５】透過型の表示装置に好適に用いられるＳｉ薄膜
ライトバルブの他の例を示す断面図である。

【図６】青色光に対する透過率の測定に用いられた試料
を示す断面図である。

【図７】青色光に対する透過率の測定結果を示すグラフ
である。

【図８】この発明の説明に用いる略線図である。

【図９】この発明の説明に用いる略線図である。

【図１０】この発明の説明に用いる略線図である。

【符号の説明】１反射板２、１２画像書き込みレーザ３、１３レーザ光５表示用光源７、２０スクリーン８透過板１１Ｓｉ薄膜ライトバルブ

フロントページの続き (72)発明者碓井節夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩＶ族元素を主成分とする半導体薄膜に
エネルギービームを照射して結晶−アモルファス相変化
を起こさせることにより画像を書き込み、表示用光源か
らの光を上記半導体薄膜に照射して反射または透過によ
り上記画像を投影表示するようにした表示装置。