JP2007304449A - Optical modulation element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光の強度ないしスペクトルを変化する光変調素子に関するものであり、２次元マトリクスに構成することによりデータプロジェクタ、フロントないしリア型拡大投射ＴＶ、電子シネマ等に利用できる光線利用率に優れた投射型表示装置用光変調素子に関するものである。 The present invention relates to a light modulation element that changes the intensity or spectrum of incident light. By configuring the light modulation element in a two-dimensional matrix, the light utilization rate that can be used for a data projector, front or rear type enlarged projection TV, electronic cinema, and the like. The present invention relates to an excellent light modulation element for a projection display device.
従来の投射型表示装置用光変調素子としては一つにはＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)と総称される液晶を用いたもので、結晶シリコン基板で形成されたアクティブマトリクス（ＡＭ）基板に設けられた反射性画素電極と透明ガラス基板に設けられた透明電極間に液晶が挟まれて反射型光変調素子として構成されている。液晶にはネマチック液晶や強誘電液晶が用いられ画素電極に印加された電圧により液晶の複屈折性を変化させ入射光の反射性を変化させるもので、既存のＬＳＩ製造装置、プロセスが使用できることや高解像度、高開口率という特徴を有するものの偏光板が必要なため光源の利用率が悪いという難点があった。同じく液晶を用いるものであるが、透明ガラス基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または低温ないし高温プロセスで形成したポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）でアクティブマトリクスを構成した基板をバックプレーンとし、透明ガラス基板に設けられた透明電極を持つフロントプレーンとの間に液晶を挟みこんで構成された透過型光変調素子がある。反射型光変調素子ほど解像度、開口率を上げにくいという難点があるものの投射光学系の構成が簡易化するという特徴があり、データプロジェクターやフロントないしリア型投射ＴＶに広く利用されている。
いずれの液晶光変調素子もライトバルブ（光シャッター）として使われるもので、偏光板が必須であり、光利用率という点では難点があった。
フルカラーを実現するには光変調素子が単板式のものと３板式のものに分けられる。単板式には主に２つの方式があり、１つは１画素をＲ，Ｇ，Ｂの３ドットに分割し、光源からの白色光をＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタとそれぞれに対応した液晶シャッターによりＲ，Ｇ，Ｂ色光とし、空間的加色混合法でカラーを再現するもの、もう１つはＲ，Ｇ，Ｂ光を時分割で光変調素子に照射して時間的加色混合法でカラーを再現するものである。後者は前者に較べて高解像度化しやすくカラーフィルタ不要という利点があるがチラツキや色ずれを防止するには毎秒提示像数を約３倍以上に増やす必要がある。３板式は光源からの白色光をダイクロイックミラー等を用いてＲ，Ｇ，Ｂ光に分割し、各々に対応した液晶光変調素子から出射される色光像を加色混合するものである。カラーフィルタを用いる単板のものに較べて光学系が複雑化し、かさ高くなる難点があるが解像度が３倍になること、光源の利用効率向上やパネルの開口率向上が果たせる利点がある。
液晶を用いた上記いずれも偏光板を用いているため光源光束の５０％以上を無駄にしていのが最大の難点である。
As a conventional light modulation element for a projection display device, a liquid crystal generally called LCOS (Liquid Crystal on Silicon) is used, which is provided on an active matrix (AM) substrate formed of a crystalline silicon substrate. A liquid crystal is sandwiched between the reflective pixel electrode and the transparent electrode provided on the transparent glass substrate to constitute a reflective light modulation element. Nematic liquid crystal or ferroelectric liquid crystal is used as the liquid crystal, and the birefringence of the liquid crystal is changed by the voltage applied to the pixel electrode to change the reflectivity of the incident light. Although having the characteristics of high resolution and high aperture ratio, there is a problem that the utilization rate of the light source is poor because a polarizing plate is required. Similarly, a liquid crystal is used, but a substrate having an active matrix made of amorphous silicon (a-Si) or polysilicon (p-Si) formed by a low or high temperature process on a transparent glass substrate is used as a backplane, and transparent glass is used. There is a transmissive light modulation element configured by sandwiching liquid crystal between a front plane having a transparent electrode provided on a substrate. Although there is a difficulty that the resolution and the aperture ratio are difficult to increase as the reflection type light modulation element, the configuration of the projection optical system is simplified, and it is widely used for data projectors and front or rear projection TVs.
Any of the liquid crystal light modulation elements is used as a light valve (light shutter), and a polarizing plate is essential, and there is a problem in terms of light utilization.
In order to realize full color, the light modulation element is divided into a single plate type and a three plate type. There are two main types of single-plate type. One is a liquid crystal shutter that divides one pixel into 3 dots of R, G, B and white light from the light source corresponding to R, G, B color filters respectively. The R, G, B color light is used to reproduce the color by a spatial additive color mixing method, and the other is a temporal additive color mixing method by irradiating the light modulation element with R, G, B light in a time-sharing manner. It reproduces color. The latter is advantageous in that the resolution is easily increased compared to the former and no color filter is required. However, in order to prevent flickering and color misregistration, it is necessary to increase the number of images presented per second to about three times or more. In the three-plate type, white light from a light source is divided into R, G, and B light using a dichroic mirror or the like, and color light images emitted from the corresponding liquid crystal light modulation elements are added and mixed. Compared to a single plate using a color filter, the optical system is complicated and has a drawback that it is bulky, but there are advantages that the resolution is tripled, the light source utilization efficiency is improved, and the panel aperture ratio is improved.
In any of the above cases using a liquid crystal, since the polarizing plate is used, it is the biggest difficulty that 50% or more of the light source luminous flux is wasted.
液晶以外の光変調素子としてはテキサス・インスルメントによって開発されたＤＭＤ（Digital Mirror Device）が代表的であり、結晶シリコン上に信号回路と微小なミラーを集積し、デジタル制御で個々のミラーの角度を変えて光線反射性を制御するものである。液晶のように偏光板を用いる必要がないから光線ロスが少ない利点があり、明るく高精細な映像を投射できるため単板での小型プロジェクターはじめ大画面高精細を必要とする電子シネマ用としても活躍している。しかし光変調素子の構造が複雑であるため高価になることや反射でしか使えないため光学系が複雑になるなどの難点がある。 DMD (Digital Mirror Device) developed by Texas Instruments is a typical light modulation element other than liquid crystal. Signal circuits and minute mirrors are integrated on crystalline silicon, and the angle of each mirror is controlled digitally. Is used to control the light reflectivity. Since there is no need to use a polarizing plate like a liquid crystal, it has the advantage of low light loss and can project bright and high-definition images, so it can be used for electronic projectors that require high-definition, such as a small projector on a single plate. is doing. However, since the structure of the light modulation element is complicated, there is a problem that it is expensive and the optical system is complicated because it can be used only for reflection.
他の光変調素子としてＳＰＤ(Suspended Particle Display)というものも提案されている。これは針状ないし鱗片状微粒子が透明液体中に分散された分散系を透明電極を有する透明基板間に挟み込んで用いるもので、微粒子が配向していない無電界時は分散粒子があらゆる方向を向いているので光を遮蔽するが電極間に交流電圧を印加して微粒子を電界方向に配向させると電界方向の吸収ないし散乱断面積が減じるため光線を透すようになるものである。微粒子が配向した状態では確かに光線透過率が向上するが光線の一部は遮蔽されてしまうためオン時の透過率が不十分であることと十分なコントラストを得ることが困難であることや、基本的にメモリ性を有していないなどの難点があった。
As another light modulation element, an SPD (Suspended Particle Display) has been proposed. In this method, a dispersion system in which needle-like or scale-like fine particles are dispersed in a transparent liquid is sandwiched between transparent substrates having transparent electrodes, and the dispersed particles are oriented in all directions when there is no electric field when the fine particles are not oriented. Therefore, light is shielded, but if an alternating voltage is applied between the electrodes to align the fine particles in the direction of the electric field, the absorption or scattering cross section in the direction of the electric field is reduced, so that the light beam is transmitted. Although the light transmittance is certainly improved in the state in which the fine particles are oriented, a part of the light is shielded, so that the on-time transmittance is insufficient and it is difficult to obtain sufficient contrast, There was a difficulty such as basically lacking memory.
他の光変調素子として透明液体に分散された微粒子を電気泳動によって表示面に対して水平方向に移動集積させることによって光線透過性を変化させる横電界方式電気泳動表示法が提案されている。画素内に小面積と大面積の電極を設け、大面積の電極に微粒子を堆積させた時、光線を遮蔽し、小面積の電極に堆積させた時光線を透過させるものである。主として反射で利用することが想定されており、パネル構成としては表示面に対して平行な表示電極面を有するもので、画素内に電極を設けているゆえに開口率の低下（光線ロス）が避けられなかった。また表示領域内に大小電極があるため十分なコントラストを実現することが困難であること、また透明電極を必要とする故にプロセスコストが上昇することや表示層を多層に積層した場合透明電極での光線ロスが避けられず透過率を減じる難点があった。一方同一種類の粒子で異極性のものが混在していると大小いずれの電極にも粒子が付着してしまいコントラストを低下させるため使用する分散系は単一極性のみの分散系になるよう厳格な調整と管理を必要とした。
本発明は偏光板で発生する光線ロスから開放され、透明電極による光ロスも回避し、表示を切り替える時以外は電力を消耗しない低電力性を有するフルカラー電子表示を実現するのに有用な光変調素子に関するものであり、画素内の光反射性ないし光吸収性微粒子を画素と平行な横電界または横磁界を作用させて移動させ、微粒子の集積状態と分散状態の割合によって光学的透過性を変化させることを特徴とした光変調素子である。 The present invention is free from light loss generated in a polarizing plate, avoids light loss due to a transparent electrode, and is useful for realizing a full-color electronic display having low power characteristics that does not consume power except when switching the display. This is related to the element, and the light-reflective or light-absorbing fine particles in the pixel are moved by applying a horizontal electric field or a magnetic field parallel to the pixel, and the optical transparency is changed depending on the ratio of the fine particles accumulated and dispersed. It is the light modulation element characterized by making it.
上記課題を解決するために、本発明の光変調素子は図１ａ（Ａ）に示す通り、少なくとも一方は透明な２枚の基板１，２間に設けられた隔壁３によりセル４が構成され、該セル内に微粒子５が分散された分散系（表示媒体７）が充填されており、隔壁３の内面に設けられた電極６−1と６−２間にＤＣ電圧を印加すると微粒子５の帯電極性に対応して微粒子はクーロン力により引かれてたとえば電極６−１上に堆積する。一方６−1、６−２間に逆極性のＤＣ電圧パルスを印加するかＡＣ電圧を印加すれば６−１上の微粒子は電極を離れてセル４中に拡散分布する。セル４内はガス又は透明な液体中に微粒子５が分散された表示媒体７で満たされており、液体の場合は粒子の移動は電気泳動となる。図１ａ（Ａ）の中央左側のセルを４−１、右側のセルを４−２とすれば、粒子のセル内での分布状態が異なるため、たとえば微粒子５がカーボンなどのように黒色であれば、セル４−１は光線が透過するがセル４−２では光線は分散状態の光吸収性微粒子５のため光透過は妨げられる。電極６−１（ないし６−２）に堆積された微粒子の内どれだけの量を分散状態にするか（あるいは分散状態の粒子量をどれだけ電極に集積させて減じるか）を印加する逆極性電圧の値やパルス幅によって制御してセル４の光線透過率を制御することが可能となり中間調が再現でき、粒子堆積状態も粒子分散状態も電圧を切って後もその状態が保持される特徴があるため光変調素子はメモリ性を有する。微粒子を電極６−１に集積した時基板表面に固着して残存することはセルの明状態の光透過性を阻害するゆえに好ましくない。従ってセル部の基板内面には微粒子の固着を妨げるようテフロン（デュポン社の商標：ポリフッ化エチレン）などのコーティングがなされていることが望ましくまた表示媒体が微粒子を分散した液体分散系の場合は微粒子と液体の比重は出来るだけ近接していることが望ましい。本発明で分散状態とはブラウン運動により比重差に拘わらず液体中に安定に微粒子が均一分散したコロイド状態は勿論、基板１，２内面のいずれかないし両面に一部ないし殆どの粒子がゆるく付着した状態をも含むものである。また微粒子は１種類である必要はなく、光学的特性を最適化するため各種のものが混在していてもよく、帯電極性も同一である必要はない。微粒子５は通常光吸収性のものが使用されるが、二酸化チタンのように白色反射性のものを用いることも可能であり、この場合セル４−１の微粒子分散状態では入射光が微粒子で散乱反射されその程度に応じて透過光は減衰する。
微粒子を隔壁で形成されるセル内部に閉じ込めているのは微粒子が隣のセルに移動するのを妨げ光変調素子面内での粒子濃度均一性を維持するためである。図１ａ（Ｂ）は隔壁で微粒子を閉じ込める代りに、微粒子をあらかじめカプセル粒子１０内に閉じ込めた例を示す。この場合も粒子濃度を光変調素子面内で均一に維持することが可能である。
カプセル粒子１０の壁は透明な無機あるいは有機薄膜からなり、カプセル粒子内の表示媒体はガス体または透明液体に光吸収性ないし反射性微粒子が分散されたものである。カプセル粒子間の隙間はバインダー樹脂ないし液体で埋められている。電極６−１、６−２は面状として説明したが粒子を局所的に集積するか分散できればよく製法の容易さから電極は線状ないし点状であってもかまわない。またセル４の水平方向に微粒子を移動できればよいから対向する電極は同一面上にある必要もない。図１ａ（Ａ）の隔壁で囲まれたセルないし図１ａ（Ｂ）のカプセル粒子１０の１個が１画素を構成してもよく、多数のセルないしカプセル粒子が１画素を構成してもかまわない。またセルないしカプセル粒子は必ずしも単層である必要はない。本願では光吸収性ないし反射性微粒子の分布状態によって光変調素子を透過する方向の実質的な光線吸収ないし散乱断面積を変化させることに基づいており、微粒子間距離が密になった堆積状態の方が、微粒子間距離がより離れた分散状態に較べて光線吸収ないし散乱断面積が減じて透明度が向上することになるからである。
図１ａ（Ｂ）のカプセル粒子は球体として描かれているが粒子形状は球体に限られるものではない。またたとえ球体カプセル粒子であっても基板間に挟みこんで変型させて使用した方が光変調効果を増大できる場合がある。
In order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 1A (A), in the light modulation element of the present invention, at least one of the cells 4 is constituted by a partition wall 3 provided between two transparent substrates 1 and 2. The cell is filled with a dispersion system (display medium 7) in which the fine particles 5 are dispersed. When a DC voltage is applied between the electrodes 6-1 and 6-2 provided on the inner surface of the partition wall 3, the fine particles 5 are charged. Corresponding to the polarity, the fine particles are attracted by Coulomb force and deposited on, for example, the electrode 6-1. On the other hand, if a DC voltage pulse of opposite polarity is applied between 6-1 and 6-2 or an AC voltage is applied, the fine particles on 6-1 will diffuse and distribute in the cell 4 leaving the electrode. The cell 4 is filled with a display medium 7 in which fine particles 5 are dispersed in a gas or a transparent liquid. In the case of a liquid, the movement of the particles is electrophoresis. If the cell on the left side of the center of FIG. 1a (A) is 4-1 and the cell on the right side is 4-2, the distribution state of the particles in the cell is different. For example, the fine particles 5 may be black such as carbon. For example, the cell 4-1 transmits light, but in the cell 4-2, the light is dispersed because the light-absorbing fine particles 5 are in a dispersed state. Reverse polarity for applying the amount of fine particles deposited on the electrode 6-1 (or 6-2) to be dispersed (or how much the amount of particles in the dispersed state is accumulated on the electrode and reduced) The light transmittance of the cell 4 can be controlled by controlling the voltage value and the pulse width, so that the halftone can be reproduced, and the state of the particle deposition state and particle dispersion state is maintained even after the voltage is turned off. Therefore, the light modulation element has a memory property. When the fine particles are accumulated on the electrode 6-1, it is not preferable that the fine particles adhere to the substrate surface and remain because the light transmittance of the light state of the cell is inhibited. Therefore, it is desirable that the inner surface of the cell substrate is coated with Teflon (DuPont's trademark: polyfluorinated ethylene) or the like so as to prevent the fine particles from sticking, and if the display medium is a liquid dispersion in which fine particles are dispersed, the fine particles It is desirable that the specific gravity of liquid and liquid be as close as possible. In the present invention, the dispersed state is not only a colloidal state in which fine particles are stably and uniformly dispersed in the liquid regardless of the specific gravity due to Brownian motion, but also some or most of the particles are loosely attached to either the inner surface of the substrate 1 or 2. It includes the state that has been. Further, the fine particles do not need to be one kind, and various kinds of fine particles may be mixed in order to optimize the optical characteristics, and the charging polarities need not be the same. The fine particles 5 are usually light-absorbing, but it is also possible to use white reflective ones such as titanium dioxide. In this case, the incident light is scattered by the fine particles in the dispersed state of the cell 4-1. The transmitted light is attenuated according to the degree of reflection.
The reason why the fine particles are confined in the cell formed by the partition walls is to prevent the fine particles from moving to the adjacent cells and to maintain the uniformity of the particle concentration in the light modulation element surface. FIG. 1 a (B) shows an example in which the fine particles are confined in advance in the capsule particles 10 instead of confining the fine particles with the partition walls. In this case as well, the particle concentration can be kept uniform within the light modulation element surface.
The walls of the capsule particles 10 are made of a transparent inorganic or organic thin film, and the display medium in the capsule particles is obtained by dispersing light absorbing or reflecting fine particles in a gas body or a transparent liquid. The gaps between the capsule particles are filled with a binder resin or liquid. Although the electrodes 6-1 and 6-2 have been described as planar, the electrodes may be linear or dot-like for ease of manufacturing as long as the particles can be locally accumulated or dispersed. Further, since the fine particles can be moved in the horizontal direction of the cell 4, the opposing electrodes do not need to be on the same plane. One of the cells surrounded by the partition wall in FIG. 1A (A) or the capsule particle 10 in FIG. 1A (B) may constitute one pixel, or a number of cells or capsule particles may constitute one pixel. Absent. Further, the cells or capsule particles are not necessarily a single layer. The present application is based on changing the substantial light absorption or scattering cross section in the direction of transmission through the light modulation element according to the distribution state of the light absorbing or reflecting fine particles, and in the deposited state where the distance between the fine particles is dense. This is because the light absorption or scattering cross section is reduced and the transparency is improved as compared with the dispersed state in which the distance between the fine particles is further increased.
The capsule particles in FIG. 1a (B) are drawn as spheres, but the particle shape is not limited to spheres. Moreover, even if it is a spherical capsule particle, the light modulation effect may be increased if it is sandwiched between substrates and transformed.
図１ｂは球状カプセル粒子を変型させて利用する場合を示す。スペーサ９をカプセル直径より小さくしておくことによって球体カプセルがカドのない直方体に変型されており、図１ａ（Ａ）の隔壁型セルと同様に扱うことができる。 FIG. 1 b shows a case where spherical capsule particles are used in a modified form. By making the spacer 9 smaller than the capsule diameter, the spherical capsule is transformed into a cuboid without a cadence, and can be handled in the same manner as the partition type cell of FIG. 1A (A).
図２は本発明の光変調素子をスペクトル変調素子として構成した場合の原理図であり、図１ａないし図１ｂのセルないしカプセル粒子１０を少なくとも３層積層することによって構成される。ただし３層の微粒子５は各々Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）色のものが用いられる。Ｙ，Ｍ粒子が適度に分散状態にあり、Ｃ粒子が電極堆積状態にあれば、その部分はＲ（赤）となる。Ｃ，Ｍ，Ｙパネルに加えて、より完全に光を遮断するために白-黒に変調できる第４のパネルが追加され４層構成をとる場合もある。またセルの積層はＹ，Ｍ，Ｃの順に固定される必要はない。 FIG. 2 is a principle diagram when the light modulation element of the present invention is configured as a spectrum modulation element, and is formed by laminating at least three layers of the cells or capsule particles 10 of FIGS. 1a to 1b. However, the three layers of fine particles 5 are C (cyan), M (magenta), and Y (yellow). If the Y and M particles are in a moderately dispersed state and the C particles are in an electrode deposition state, the portion becomes R (red). In addition to the C, M, and Y panels, a fourth panel that can be modulated to white-black in order to block light more completely may be added to form a four-layer structure. The cell stack need not be fixed in the order of Y, M, and C.
上記説明から明らかな通り、本発明の光変調素子では隔壁部分ないしカプセル粒子間の隙間は光線透過率は変化しないから、光線透過方向のこの部分の幅は出来るだけ狭いことが望ましい。逆にこの部分が透明性であると光り抜けを生じ光変調素子の光線遮断力を低下させ純黒が得られなくなるからこの部分を黒色光吸収性にするか光反射性にすることが望ましい。ないしは光り抜けを生じる基板１ないし２の領域にブラックマトリクスないし光反射膜を設けておくことが望ましい。
本発明の光変調素子で１０００：１以上の透過率変調を達成するには隔壁部を含む微粒子分散状態でのセルの光透過率を０．１％未満に押さえ込む必要があるが、隔壁部やカプセルすき間からの光り抜けを防止した上でセルないしカプセルに含有される微粒子の濃度を選定することによって容易に達成可能である。
As is clear from the above description, in the light modulation element of the present invention, the light transmittance does not change in the gaps between the partition walls or the capsule particles, so it is desirable that the width of this part in the light transmission direction is as narrow as possible. On the contrary, if this part is transparent, light is lost and the light blocking power of the light modulation element is reduced, so that pure black cannot be obtained. Therefore, it is desirable to make this part black light absorbing or light reflecting. It is also desirable to provide a black matrix or a light reflecting film in the region of the substrate 1 or 2 where light leakage occurs.
In order to achieve a transmittance modulation of 1000: 1 or more with the light modulation element of the present invention, it is necessary to suppress the light transmittance of the cell in a fine particle dispersed state including the partition wall to less than 0.1%. This can be easily achieved by selecting the concentration of fine particles contained in the cells or capsules while preventing light from passing through the capsule gaps.
本発明の光変調素子はＸ−Ｙ型アクティブマトリクス（ＡＭ）アレー基板を用いることによってＴＶなどの大画面映像表示に用いる投射型ライトバルブを構成できる。ＡＭアレーとして結晶シリコンを用いた場合は反射型ライトバルブとなり、ガラスなど透明基板上にa-Si、低温p-Si、高温p-SiなどでＡＭアレーを構成すれば透過型は勿論、画素に反射電極を用いることによって反射型ライトバルブも可能である。反射型の場合入射光線は２回分散系を通過するから、透過型の場合より微粒子濃度は少なくてよく、粒子移動がより高速化する高レスポンス光変調素子となる利点がある。反射型ライトバルブを構成する表示媒体に含有される微粒子には光吸収性のものが望ましい。通常ＴＶ画像などの投射に用いるライトバルブは対角サイズは１インチ以下から数インチが適切であり、画素数もＶＧＡ（６４０×４８０画素）から３５ｍｍ映画フィルムに相当する高品位画像が得られる電子シネマ用では４０９６×２１６０画素程度まで用途に応じて多岐に渡る。仮に１６：９のアスペクト比の対角１インチの光変調素子でフルハイビジョン相当の画素数（１９２０×１０８０）を持たせる場合、画素ピッチは１１．５μとなるから、映像投射用光変調素子では小型高精細であることがまず要求される。また光源からの強力な光に晒されるための耐光性、低電力で明るい投射表示を実現するため光源からの光束利用率が極力高いこと、ライトバルブのオン/オフ時の１０００対１以上のコントラスト等が併せて満足される必要がある。 The light modulation element of the present invention can constitute a projection type light valve used for large screen image display such as a TV by using an XY type active matrix (AM) array substrate. When crystalline silicon is used as the AM array, it becomes a reflection type light valve, and if the AM array is composed of a-Si, low-temperature p-Si, high-temperature p-Si, etc. on a transparent substrate such as glass, it will be of course a transmissive type as well as a pixel. A reflective light valve is also possible by using a reflective electrode. In the case of the reflection type, incident light passes through the dispersion system twice, so that the concentration of fine particles may be smaller than that in the case of the transmission type, and there is an advantage of becoming a high response light modulation element in which particle movement is further accelerated. The fine particles contained in the display medium constituting the reflection type light valve are desirably light-absorbing. Light bulbs normally used for projection of TV images and the like have an appropriate diagonal size of 1 inch or less to several inches, and the number of pixels is VGA (640 × 480 pixels) to an electronic device that can obtain a high-quality image equivalent to 35 mm movie film. For cinema, there are a wide variety of applications up to about 4096 x 2160 pixels depending on the application. If a 16 inch aspect ratio 1 inch diagonal light modulator has a pixel count equivalent to full high vision (1920 × 1080), the pixel pitch is 11.5 μ. First, it is required to be small and high definition. Light resistance for exposure to strong light from the light source, high light flux utilization from the light source to achieve low power and bright projection display, and contrast of 1000 to 1 or more when the light valve is on / off Etc. need to be satisfied together.
図３に各画素にＴＦＴなどのスイッチ素子を導入したＸ−Ｙアクティブマトリクスアレーを用いた光変調素子を製造する１例を示す。ガラスなどの透明基板２に蒸着、スパッタなどの方法でアルミ、タンタル、クロム、金などの電極膜を形成し、フォトエッチング法で（Ａ）のようにＹ電極１４を形成する。ついで表示領域に蒸着、スパッタなどの方法で第一絶縁膜１６を形成しフォトエッチングによりＹ電極１４とソース（Ｓ）電極１８を繋ぐための孔１７を設ける。ついでＹ電極形成と同様の方法でＳ（ソース）電極１８、Ｄ（ドレイン）電極１９を形成する。a-Siなどの無機半導体あるいは有機半導体とゲート絶縁膜を相次いで設けて、必要ならエッチングで、ソース、ドレイン部の積層２０を残して取り除く。次に第二絶縁膜を設け半導体部/ゲート絶縁膜部を穴あけしてのちＹ電極形成と同様の方法でＸ電極１５およびゲート電極２４を形成する。つぎに第三絶縁膜２３を設けて後、Ｙ電極形成と同様の方法で共通電極２２を形成する。最後に微粒子を移動させるためのドレイン電極１９の絶縁膜をフォトエッチ、サンドブラストなどで取り除いて露出させる。ドレイン電極１９と共通電極２２間が微粒子を移動させる対向電極となるから、これらを覆うようにカプセル粒子を敷き詰めるか、隔壁を形成後分散系を充填してのち、他の透明基板１を貼り付け、周辺部において接着剤で接着する。ＣＯＧやＣＯＦなど公知の方法でＸ，Ｙ電極に信号を供給するためのＬＳＩを実装して光変調素子が完成する。カプセル粒子を所定位置に設置するには（１）あらかじめ基板２にカプセル粒径に対応した凹みを設けておき凹みをカプセル粒子で埋めつくす（２）所定位置にスペーサ突起を設けておきカプセル粒子の設置位置を規制する（３）透明基板に敷き詰められたカプセル粒子層を位置合わせしてマトリクスアレー側に転写する などの方法が採用できる。図３の共通電極２２は素子周辺部で互いに結合されている。ドレイン電極、共通電極の幅はＹ電極より少し狭く、互いに向かい合う側は絶縁層を被らずセル内で露出しているのは駆動電圧を低減するためである。周知のＭＩＭ（Metal
Insulator Metal）などの非直線抵抗素子など２端子スイチイング素子をＴＦＴの代わりに使用する場合は半導体、ゲート絶縁膜を設ける工程で２端子素子をソースとドレイン電極間に形成すればよくこの場合Ｘ電極と繋がるゲート電極２４は不要である。
上ではスタッガー型のＴＦＴを各画素に導入した構成を示したが、Ｓ，Ｄ電極形成とゲート電極形成、半導体とゲート絶縁膜成膜の順序など変更すれば逆スタッガ型ＴＦＴ構成も容易である。高温ｐ−Ｓｉを半導体に用いる場合はプロセス温度が高温になるから基板２には融点の高い石英ガラスを使う必要があり、いずれも投射型ＴＶなどに使用できる透過型アクティブマトリクス光変調素子を構成できる。
FIG. 3 shows an example of manufacturing a light modulation element using an XY active matrix array in which a switching element such as a TFT is introduced into each pixel. An electrode film of aluminum, tantalum, chromium, gold or the like is formed on a transparent substrate 2 such as glass by a method such as vapor deposition or sputtering, and a Y electrode 14 is formed by a photoetching method as shown in FIG. Next, a first insulating film 16 is formed in the display region by a method such as vapor deposition or sputtering, and a hole 17 for connecting the Y electrode 14 and the source (S) electrode 18 is provided by photoetching. Subsequently, an S (source) electrode 18 and a D (drain) electrode 19 are formed by the same method as the Y electrode formation. An inorganic semiconductor such as a-Si or an organic semiconductor and a gate insulating film are provided one after another, and if necessary, etching is performed to leave the source / drain layer stack 20 and remove. Next, a second insulating film is provided and the semiconductor portion / gate insulating film portion is drilled, and then the X electrode 15 and the gate electrode 24 are formed in the same manner as the Y electrode formation. Next, after providing the third insulating film 23, the common electrode 22 is formed by the same method as the Y electrode formation. Finally, the insulating film of the drain electrode 19 for moving the fine particles is removed by photoetching, sandblasting, etc. and exposed. Since the space between the drain electrode 19 and the common electrode 22 is a counter electrode that moves the fine particles, capsule particles are spread over them or a partition is formed and then the dispersion system is filled, and then another transparent substrate 1 is attached. Adhere with an adhesive at the periphery. An optical modulation element is completed by mounting an LSI for supplying signals to the X and Y electrodes by a known method such as COG or COF. In order to place capsule particles at a predetermined position (1) A recess corresponding to the capsule particle size is provided in the substrate 2 in advance and the recess is filled with capsule particles. (2) A spacer protrusion is provided at a predetermined position and the capsule particle (3) A method of aligning the capsule particle layer spread on the transparent substrate and transferring it to the matrix array side can be adopted. The common electrodes 22 in FIG. 3 are coupled to each other at the periphery of the element. The widths of the drain electrode and the common electrode are slightly narrower than those of the Y electrode, and the sides facing each other are not covered with the insulating layer and are exposed in the cell in order to reduce the driving voltage. Well-known MIM (Metal
In the case of using a two-terminal switching element such as a non-linear resistance element such as an insulator metal instead of a TFT, a two-terminal element may be formed between the source and drain electrodes in the process of providing a semiconductor and gate insulating film. The gate electrode 24 connected to is unnecessary.
In the above, a configuration in which a staggered TFT is introduced into each pixel is shown. However, if the order of S and D electrode formation and gate electrode formation, semiconductor and gate insulating film formation is changed, a reverse staggered TFT configuration is easy. . When high-temperature p-Si is used for a semiconductor, the process temperature becomes high, so it is necessary to use quartz glass having a high melting point for the substrate 2, and both constitute a transmissive active matrix light modulation element that can be used for a projection TV or the like. it can.
ＴＦＴや非直線素子を設けたマトリクスパネルの利点はクロストークを防止できることは勿論、粒子が十分に移動し得ない短い電圧パルスで走査されても、セル内に電圧が保持されることにより非選択期間にも粒子を移動させ得る点にあり、高速アクセスが可能になる。
粒子の移動速度が表示の応答性を決めるが、微粒子の移動はガス体でサブミリ秒、電気泳動で数ミリ秒から数百ミリ秒が実状である。もし応答１０ミリ秒のセルの場合走査線（Ｘ電極）が１０００本ならば表示の全面更新に１０秒かかってしまう。しかし走査は２０マイクロ秒で行ってもスイッチ素子により１０ミリ秒程度の電圧保持がなされれば、毎秒５０枚の画像更新が可能になり、ＴＶなどの動画表示も実現できる。ドレイン電極と共通電極間のセルの時定数が粒子移動時間より小さい場合は、ドレイン電極と共通電極間に並列容量を設けて時定数を増大すればよい。
The advantage of matrix panels with TFTs and non-linear elements is that crosstalk can be prevented, as well as non-selection by maintaining the voltage in the cell even when scanning with a short voltage pulse where the particles cannot move sufficiently. It is in the point that particles can be moved during the period, and high speed access becomes possible.
The moving speed of the particles determines the responsiveness of the display, but the movement of the fine particles is actually sub-milliseconds for a gas body and several milliseconds to several hundred milliseconds for electrophoresis. If the cell has a response of 10 milliseconds, if the number of scanning lines (X electrodes) is 1000, it takes 10 seconds to update the entire display. However, even if scanning is performed in 20 microseconds, if the voltage is held for about 10 milliseconds by the switch element, it is possible to update 50 images per second, and to display a moving image such as a TV. In the case where the time constant of the cell between the drain electrode and the common electrode is smaller than the particle movement time, a parallel capacitance may be provided between the drain electrode and the common electrode to increase the time constant.
透過は勿論、反射で使用するＸ−Ｙアクティブマトリクス型光変調素子で特に重要なことは、良好なコントラスト、色純度を実現するため出来る限り開口率を高くすることである。ここで開口率とは全表示面積に対して光変調できる領域の面積の割合をいう。たとえばＸ−Ｙ電極の幅が３μでセルピッチが１５μの場合セルの有効サイズは１２μ角になるから開口率は６４％（堆積粒子層の厚みなどを無視した場合）になり、電極幅が２μの場合に７５％、１μの場合８７％となり電極幅を極力狭くするのが有効なことは明らかである。電極幅一定の時、セルピッチを大きくすれば開口率は向上するが駆動電圧が高くなるか応答が遅くなるとうトレードオフの関係にあるため用途に応じてセルピッチを決めるべきである。
Ｘ−Ｙマトリクス光変調素子で各マトリクス交点のセルを１画素に相当させてもよいが、複数のセルをまとめて１画素とすることも可能であり、駆動源を減じることができる。
Of particular importance for an XY active matrix light modulator used for reflection as well as transmission is to increase the aperture ratio as much as possible in order to achieve good contrast and color purity. Here, the aperture ratio refers to the ratio of the area of a region where light modulation is possible with respect to the total display area. For example, when the width of the XY electrode is 3 μ and the cell pitch is 15 μ, the effective size of the cell is 12 μ square, so the aperture ratio is 64% (when the thickness of the deposited particle layer is ignored) and the electrode width is 2 μ. It is clear that it is effective to reduce the electrode width as much as possible. When the electrode width is constant, if the cell pitch is increased, the aperture ratio is improved, but there is a trade-off relationship that the drive voltage is increased or the response is delayed. Therefore, the cell pitch should be determined according to the application.
Although the cells at each matrix intersection may correspond to one pixel in the XY matrix light modulation element, a plurality of cells can be combined into one pixel, and the number of drive sources can be reduced.
本発明は横電界または横磁界による微粒子の集積ないし分散によって光透過性を変調するもので、微粒子の光変調素子面内での濃度均一性を維持するために微粒子を隔壁で閉じ込めたり、カプセル内に閉じ込めている。微粒子をカプセルに閉じ込めることによる他の利点は、液状ないし流動性粉体としての微粒子分散系を固体化でき光変調素子面への塗布、上下基板の貼り合わせ等における取り扱いの容易さである。 The present invention modulates the light transmission by the accumulation or dispersion of fine particles by a transverse electric field or a transverse magnetic field. In order to maintain the concentration uniformity of fine particles in the surface of the light modulation element, the fine particles are confined with a partition wall or in a capsule. Is trapped in. Another advantage of confining the fine particles in the capsule is that the fine particle dispersion system as a liquid or fluid powder can be solidified, and is easy to handle in application to the light modulation element surface, bonding of the upper and lower substrates, and the like.
図４に本発明の透過型フルカラー光変調素子の断面図を示す。現在の投射型単板式液晶カラーパネルのライトバルブとしての液晶を、パンクロマチックに透過率を変調できる微粒子を分散した分散系に置き替えることによって実現できる。すなわちＸ−Ｙマトリクス構成のＡＭアレーが形成された透明ガラス基板２とストライプ状あるいはドット状にＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタが設けられた基板１との間に分散系が挟まれて構成される。ここでは共通電極２２はカラーフィルタ側に設けており、ブラックマトリクスの下に設けているが、ブラックマトリクスに導電性のものを用いれば共通電極２２とブラックマトリクスを兼用することは可能である。Ｒ，Ｇ，Ｂ併置カラーフィルタを用いているため光変調素子への入射光の２／３をロスする欠点はあるが、現状確立しているＴＦＴアレーの量産プロセスと設備がほぼそのまま利用できる利点がある。
ＴＦＴアレーの電極構成は図４で述べたように液晶用の場合から若干変更すればよい。
液晶光変調素子の場合と違って、ＩＴＯ透明電極、配向膜、偏光板、配向処理プロセスなどは不要であり、プロセスの簡易化、部材の低減化に加えて、偏光板が不要であるから光変調素子への入射光の５０％ロスから開放されるメリットが生じる上、強い光照射や高温で劣化しやすい偏光板が不要であることは、光変調素子の信頼性、寿命の点で優位性が発揮される。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the transmission type full-color light modulation element of the present invention. This can be realized by replacing the liquid crystal as the light valve of the current projection type single-panel liquid crystal color panel with a dispersion system in which fine particles capable of modulating the transmittance in a panchromatic manner are dispersed. That is, a dispersion system is sandwiched between a transparent glass substrate 2 on which an AM array having an XY matrix configuration is formed and a substrate 1 on which R, G, B color filters are provided in stripes or dots. . Here, the common electrode 22 is provided on the color filter side and is provided below the black matrix. However, if a conductive material is used for the black matrix, the common electrode 22 and the black matrix can be used together. The use of color filters arranged in parallel with R, G, and B has the disadvantage of losing 2/3 of the incident light to the light modulation element, but the presently established mass production process and equipment for TFT arrays can be used almost as they are. There is.
The electrode configuration of the TFT array may be slightly changed from that for the liquid crystal as described in FIG.
Unlike liquid crystal light modulators, ITO transparent electrodes, alignment films, polarizing plates, alignment treatment processes, etc. are not required. In addition to simplifying the process and reducing the number of members, the polarizing plate is unnecessary. In addition to the advantage of being freed from 50% loss of incident light to the modulator, the need for a polarizing plate that is susceptible to strong light irradiation and high temperatures is superior in terms of reliability and life of the light modulator. Is demonstrated.
図５には図２と同様Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子を積層構造で用いたフルカラー光変調素子の断面図を示す。ここでは１画素を３×３個の単層カプセル粒子から成るとして図示している。カプセル粒子径が１５μであればスペーサは約４５μの高さを必要とする。図５では２層目、３層目のカプセル粒子に電界を作用させるためのＴＦＴはすべて下基板２に形成されているとして図示してある。ただし図５のような構成のアクティブマトリクスパネルを製造する方法として大きくは３つの方法が可能である。すなわち（１）Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子駆動用ＴＦＴはすべて基板２に形成されており、各色用ドレイン電極とこれに対向する共通電極は絶縁性スペーサの内部ないし表面を通して形成し、アレー基板とスペーサが形成された後にカプセル粒子を１層ずつ積み上げる。（２）Ｃ，Ｍ，Ｙカプセル粒子駆動用ＴＦＴはすべて基板２に形成されている点で（１）と同様であるが、各色用ドレイン電極、共通電極などの形成及び下部に形成されている対応する色用ドレイン電極との配線は各色カプセルを敷き詰めた後に追加してゆく。（３）１色目のアレーが形成された基板に１色目のカプセル粒子を敷き詰めて、表面を平坦化して後２色目のＴＦＴアレーを形成するというように、アレーとカプセル粒子層を順次形成してゆく。以上いずれの方法に於ても導体の積み上げには導体ペーストのインクジェット描画法やアディティブ法として広く用いられている無電解メッキ法などが利用できる。いずれにしても最終カプセル粒子層が配置されて後は透明保護層を設けるか図５のように透明上基板を貼り付けて積層型フルカラー光変調素子が構成される。
図２および図５の光変調素子構成はまさにカラーフィルムの電子版と言えるもので、Ｒ，Ｇ，Ｂ併置カラーフィルタを用いていないから光源からの光束ロスが生じず、偏光板も不要であるから理想的な単板型フルカラー光変調素子に成り得る。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a full-color light modulation element using C, M, Y capsule particles in a laminated structure as in FIG. Here, one pixel is illustrated as being composed of 3 × 3 single-layer capsule particles. If the capsule particle size is 15μ, the spacer needs to have a height of about 45μ. In FIG. 5, the TFTs for applying an electric field to the second and third capsule particles are all illustrated as being formed on the lower substrate 2. However, there are roughly three methods for manufacturing an active matrix panel configured as shown in FIG. That is, (1) C, M, and Y capsule particle driving TFTs are all formed on the substrate 2, and the drain electrodes for each color and the common electrode opposite thereto are formed through the inside or the surface of the insulating spacer. After the spacers are formed, the capsule particles are stacked one layer at a time. (2) The C, M, and Y capsule particle driving TFTs are all the same as (1) in that they are formed on the substrate 2, but the drain electrodes for each color, common electrodes, etc. are formed and formed below. Wiring to the corresponding color drain electrode is added after each color capsule is spread. (3) The array and the capsule particle layer are sequentially formed so that the first color capsule particles are spread on the substrate on which the first color array is formed, the surface is flattened, and then the second color TFT array is formed. go. In any of the above methods, the conductors can be stacked using the electroless plating method widely used as the ink-jet drawing method or additive method of the conductor paste. In any case, after the final capsule particle layer is disposed, a transparent protective layer is provided or a transparent upper substrate is attached as shown in FIG.
2 and FIG. 5 can be said to be an electronic version of a color film, and since no R, G, B color filters are used, there is no loss of luminous flux from the light source, and no polarizing plate is required. Therefore, it can be an ideal single plate type full color light modulation element.
セルを多数積層する光変調素子において特に注意すべきは、界面反射である。屈折率が異なる界面では必ず界面反射が生じる。図２や図５の３層積層型光変調素子では、モノクロ素子１層辺り多数の層（基板、カプセル膜、表示媒体、バインダー膜、接着層）から成るから各層は出来るだけ透明性が高いのは勿論、屈折率のできるだけ等しい材料で構成し、不要な界面反射を出来るだけ軽減することが重要である。また図２の３層積層型光変調素子では間に入る基板の厚さにくらべて画素ピッチが小さい場合入射光線を平行光にしないと光利用率が悪化する。その点図５の如く間に基板が入らないものが光線利用率の点で有利になる。 Of particular note in the light modulation element in which a large number of cells are stacked is interface reflection. Interface reflection always occurs at interfaces having different refractive indexes. In the three-layer stacked light modulation element shown in FIGS. 2 and 5, each layer is made of as many layers as possible (a substrate, a capsule film, a display medium, a binder film, and an adhesive layer), and each layer is as transparent as possible. Of course, it is important to use materials having the same refractive index as much as possible to reduce unnecessary interface reflection as much as possible. In the case of the three-layer stacked light modulation element shown in FIG. 2, when the pixel pitch is small compared to the thickness of the intervening substrate, the light utilization rate is deteriorated unless incident light is made parallel light. On the other hand, as shown in FIG. 5, it is advantageous in terms of the light utilization factor that the substrate does not enter between them.
本発明に使用する材料について述べる。
微粒子としては白黒用にはカーボンブラック、ピグメントブラック、黒鉛などまたはこれらが樹脂に埋め込まれたいわゆるトナーが使用できる。一方フェライト、マグネタイトなどの直径20nm以下の微粒子が界面活性剤で包まれて溶媒に分散された磁性流体と呼ばれるコロイド分散系は光吸収性であると共に分散安定性に優れているから有用である。粒子は電界で移動させることも磁場で移動させることも可能であり、本発明の表示媒体として利用可能である。Ｃ，Ｍ，Ｙ微粒子としては印刷インキ、カラー複写機用トナー、インクジェット用インキなどに用いられているアゾ系、フタロシアニン系、ニトロ系、ニトロソ系など各種有機顔料や酸化鉄、カドミウムエロー、カドミウムレッドなどの無機顔料など多様なものを用いることが出来る。Ｙ色微粒子としてはハンザイエロー、ベンジジンイエロー、キノリンイエローなど、Ｍ色微粒子としてはピグメントレッド、ローダミンＢ、ローズベンガル、ジメチルキナクリドンなど、Ｃ色微粒子としてはアニリンブルー、フタロシアニンブルー、ピグメントブルーＫなど、黒色微粒子としてはＣ，Ｍ，Ｙ微粒子を混合して用いてもよい。微粒子は単体ばかりではなく帯電性や色調を最適化するため染料、顔料およびいくつかの色材を樹脂や液体と共に内包したカプセル微粒子を使用してもよい。粒子の形状は球形はじめ針状、鱗片状など異方形状のものは分散状態では光線吸収能、光散乱能が高く、積み重なった集積状態で吸収ないし散乱断面積が減じるものは本願で用いるのにふさわしいものである。
光変調素子に用いるための微粒子のサイズは拡大投射した際粒状性が目に付くのは好ましくないから５ｎｍ〜５μ程度が望ましい。微粒子は原子や分子レベルでの表面コートで表面変性したり、分散剤、界面活性剤等を用いて良分散状態が維持される必要があり、電界、磁界で集積させた粒子層も逆電界ないし逆磁界で速やかに再分散されるように調整されている必要がある。電気泳動で粒子を移動させる場合、粒子の荷電性向上と強い光照射下に於ても荷電状態の安定性確保が特に重要である。
本発明で使用するマイクロカプセルの製法は公知の種々の方法が適用できる。すなわち、
（１）化学的方法として代表的な界面重合法やin-site 重合法（界面反応法）
（２）物理
化学的方法として代表的な液中乾燥法、コアセルベーション法、融解分散冷却法 （３）機
械的方法として代表的な噴霧乾燥法、乾式混合、オリフィス法 などである。マイクロカプ
セルの膜材としてはゼラチン、アラビアゴム、メラミン樹脂、尿素樹脂、ホルマリン樹脂、
ウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、アミノ酸樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂など多様な
高分子材料が使用可能である。内部がガス体のマイクロカプセルは一般にマイクロバルーン
と称される。微粒子を内蔵したマイクロバルーンの製法としては、微粒子の成分にたとえば
紫外光照射で窒素ガス等を発生する成分を導入ないし表面に吸着させておき、微粒子群を高
分子樹脂で覆ってカプセル化して後、紫外光を照射して内部にガスを発生して微粒子内蔵マ
イクロバルーンを製造することができる。表示媒体７がガス体のものは微粒子移動に抵抗が
少ないから高速応答の表示パネルが可能になる。
拡大投射用に使用される光変調素子は強力な光に曝されることになるから、使用する材料（微粒子、分散媒、カプセル材料、バインダー樹脂、隔壁材料、ＡＭアレー形成材料、基板など）には特に耐光性、耐高温性に優れたものを用いる必要がある。
The material used for this invention is described.
As the fine particles, carbon black, pigment black, graphite, or the like or a so-called toner in which these are embedded in a resin can be used for black and white. On the other hand, a colloidal dispersion system called a magnetic fluid in which fine particles having a diameter of 20 nm or less such as ferrite and magnetite are encapsulated with a surfactant and dispersed in a solvent is useful because it is light-absorbing and has excellent dispersion stability. The particles can be moved by an electric field or a magnetic field, and can be used as a display medium of the present invention. C, M, Y fine particles include various organic pigments such as azo, phthalocyanine, nitro, and nitroso pigments used in printing ink, color copier toner, and ink jet ink, iron oxide, cadmium yellow, and cadmium red. Various things such as inorganic pigments can be used. Y color fine particles such as Hansa Yellow, Benzidine Yellow, and Quinoline Yellow, M Color Fine Particles such as Pigment Red, Rhodamine B, Rose Bengal, and Dimethylquinacridone, and C Color Fine Particles such as aniline blue, phthalocyanine blue, and Pigment Blue K are black. As the fine particles, C, M, and Y fine particles may be mixed and used. The fine particles are not limited to simple substances but may be capsule fine particles containing dyes, pigments and some color materials together with resins and liquids in order to optimize chargeability and color tone. Particles with an anisotropic shape such as a spherical shape, needle shape, scale shape, etc. have high light absorption ability and light scattering ability in a dispersed state, and those with reduced absorption or scattering cross section in a stacked state are used in this application. Appropriate.
The size of the fine particles for use in the light modulation element is preferably about 5 nm to 5 μm because it is not preferable that the graininess is noticeable when enlarged and projected. The fine particles need to be surface-modified by surface coating at the atomic or molecular level, or must be kept in a well-dispersed state using a dispersant, a surfactant, etc. It needs to be adjusted so that it can be quickly re-dispersed by a reverse magnetic field. When moving particles by electrophoresis, it is particularly important to improve the chargeability of the particles and to ensure the stability of the charged state even under strong light irradiation.
Various known methods can be applied to the method for producing the microcapsules used in the present invention. That is,
(1) Typical interfacial polymerization methods and in-site polymerization methods (interface reaction methods) as chemical methods
(2) Typical submerged drying method, coacervation method, melt dispersion cooling method as physicochemical methods (3) Typical spray drying method, dry mixing, orifice method, etc. as mechanical methods. Microcapsule film materials include gelatin, gum arabic, melamine resin, urea resin, formalin resin,
Various polymer materials such as urethane resin, polyurea resin, amino acid resin, and melamine formaldehyde resin can be used. A microcapsule having a gas body is generally referred to as a microballoon. As a method for producing a microballoon containing fine particles, a component that generates nitrogen gas, for example, when irradiated with ultraviolet light is introduced or adsorbed on the surface of the fine particle component, and the fine particle group is covered with a polymer resin and encapsulated. By irradiating ultraviolet light, gas can be generated inside to produce a microballoon with built-in fine particles. When the display medium 7 is a gas body, the resistance to the movement of fine particles is small, so that a display panel with high-speed response becomes possible.
Since the light modulation element used for magnified projection is exposed to strong light, it can be applied to the materials used (fine particles, dispersion medium, capsule material, binder resin, partition material, AM array forming material, substrate, etc.). In particular, it is necessary to use a material excellent in light resistance and high temperature resistance.
媒体が液体の場合シリコン系、石油系やハロゲン化炭化水素など多種類の高絶縁性溶媒が利用できる。粒子を磁場で移動させる場合は水系溶媒も使用可能である。媒体として液晶を用いると電界によって分子配列状態が変化し、併せてセルないしカプセル内での流体の流れが影響を受けるから、微粒子として２色性色素や先に述べた針状や鱗片状のような異方形粒子を分散しておくと、集積状態と分散状態での吸収断面積比を向上させる効果が期待できる。 When the medium is liquid, various types of highly insulating solvents such as silicon-based, petroleum-based and halogenated hydrocarbons can be used. An aqueous solvent can also be used when particles are moved by a magnetic field. When liquid crystal is used as the medium, the molecular arrangement changes depending on the electric field, and the flow of fluid in the cell or capsule is also affected. Therefore, the fine particles are like dichroic dyes or the needle-like or scale-like shapes described above. If such anisotropically shaped particles are dispersed, an effect of improving the absorption cross-sectional area ratio between the accumulated state and the dispersed state can be expected.
非直線素子材料としてはＴａ，Ａｌなどの薄膜を陽極酸化して他方の金属で挟み込んだＭＩＭや、カルコゲナイト系、酸化亜鉛などの半導体が利用でき、ＴＦＴ材料としてはa−Ｓｉa-InGaZnO、ポリシリコンなどの無機半導体またペンタセン、ポリフルオレン、ポリフェキシルチオフェンなどの低分子や高分子の有機半導体が用いられる。 As the non-linear element material, MIM in which a thin film of Ta, Al or the like is anodized and sandwiched between the other metals, a semiconductor such as chalcogenite or zinc oxide can be used, and a-Sia-InGaZnO, polysilicon as the TFT material Inorganic semiconductors such as pentacene, polyfluorene, and polyhexylthiophene are used.
本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は基板面に平行な電界ないし磁界の作用で微粒子を局所に堆積させるかランダムに分布させて光線透過性を変化させるものであり光変調素子として有用なものである。偏光板を用いる従来の液晶シャッタのような光線ロスが回避できるゆえ、明るい投射表示が可能となり、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタと併用した加色混合法でフルカラー表示が可能であるばかりか、Ｃ，Ｍ，Ｙパネルを積層することによってより明るいフルカラー表示が実現できるものである。
The present invention has the following effects.
The invention described in claim 1 is useful as a light modulation element, in which fine particles are deposited locally or distributed randomly by the action of an electric field or magnetic field parallel to the substrate surface and the light transmittance is changed. is there. Since light loss can be avoided as in the case of a conventional liquid crystal shutter using a polarizing plate, bright projection display is possible, and full color display is possible by an additive color mixing method combined with R, G, B color filters. , M and Y panels can be stacked to realize a brighter full color display.
従来のＲ，Ｇ，Ｂカラーフィルタを並置して設けた偏光板利用液晶等の加色混合型カラーディスプレイに対して偏光板を使用していない分で２倍明るく、Ｃ，Ｍ，Ｙ積層型にすればＲ，Ｇ，Ｂ並置カラーフィルタで生じる２／３の光線ロスを回避できるゆえ合計６倍明るいかないし投射光源に関しては１／６の電力消費ですむメリットが生じる。 Compared to conventional color-mixed color displays such as liquid crystal using a polarizing plate provided with juxtaposed R, G, B color filters, it is twice as bright as a polarizing plate is not used, and is a C, M, Y stacked type In this case, 2/3 light loss caused by the R, G, B juxtaposed color filters can be avoided, so that the total light is 6 times brighter and the projection light source consumes 1/6 power.
光源の光ロスが少ないからたとえばＲ，Ｇ，Ｂ発光のＬＥＤないしＬＤ（レ−ザダイオード）を光源として単板型光変調素子のフィールド順次法で明るいフルカラー像を得ることが出来る。 Since the light loss of the light source is small, a bright full-color image can be obtained by the field sequential method of a single plate type light modulation element using, for example, R, G, B light emitting LED or LD (laser diode) as a light source.
１ 透明上基板
２ 透明下基板
３ 隔壁
４ セル
５ 微粒子
６−１，６−２ 電極
７ 表示媒体
８ バインダー
９ スペーサ
１０ カプセル粒子
１１ 接着剤
１３ａ カラーフィルタ
１３ｂ ブラックマトリクス
１３ｃ Ｘ−Ｙマトリクスアレー
１４ Ｙ電極
１５ Ｘ電極
１６ 第一絶縁層
１７ 孔
１８ ソース電極
１９ ドレイン電極
２０ 半導体と絶縁層の積層
２１ 第二絶縁層
２２ 共通電極
２３ 第三絶縁層
２４ ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent upper board | substrate 2 Transparent lower board | substrate 3 Bulkhead 4 Cell 5 Fine particle 6-1,6-2 Electrode 7 Display medium 8 Binder 9 Spacer
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Capsule particle | grain 11 Adhesive 13a Color filter 13b Black matrix 13c XY matrix array 14 Y electrode 15 X electrode 16 1st insulating layer 17 Hole 18 Source electrode 19 Drain electrode 20 Lamination | stacking of a semiconductor and an insulating layer 21 2nd insulating layer 22 Common electrode 23 Third insulating layer 24 Gate electrode
Claims (5)
5. An optical modulation according to claim 1, wherein an R, G, B color filter is provided on one of the two substrates, and the amount of light transmitted through each filter is controlled. element.
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