JP3393935B2

JP3393935B2 - ホログラムディスプレイ

Info

Publication number: JP3393935B2
Application number: JP22219194A
Authority: JP
Inventors: 厚一市村; 正幸中本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: US5629782A; JPH0887230A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はホログラムディスプレイ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】描き換え可能或いは動画を表示すること
ができるホログラムディスプレイは、未だ実現に向けて
の研究段階にあり、確立された機構は開発されていな
い。可視領域でのホログラム立体像再生には、空間周波
数１０００〜３０００本／ｍｍの分解能で干渉縞を表示
する必要がある。そのため、例えばホログラムの干渉縞
を写真フィルム、写真乾板等の感光材料で記録及び表示
する場合には、感光するハロゲン化銀の粒径として５０
〜６０ｎｍ径のものを用いて分解能を上げている。

【０００３】干渉縞の表示方法として、反射型の液晶表
示素子を用いる方法が提案されている。しかし、液晶を
用いた表示素子の場合、画素サイズが最小のものでも１
０μｍ程度である（テレビジョン画像光学ハンドブッ
ク、テレビジョン学会編、オーム社、１９８０年）。こ
のため、液晶を用いた表示素子では、可視領域での立体
像再生のために必要な干渉縞を表示するのに十分な解像
度は得られない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のホログラムディスプレイを作製する試みにおいては、
表示部に必要な分解能を満足させるだけの微細な画素サ
イズを実現することができていない。

【０００５】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、可視領域での立体像再生のために必要
な干渉縞を表示するのに十分な分解能を有するホログラ
ムディスプレイ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】本発明によれば、２次元
的に配置された複数の画素からなる表示部を有し、前記
画素により干渉縞が表示され、前記干渉縞に再生光が照
射されることにより立体像が再生されるホログラムディ
スプレイであって、前記画素の夫々に対応して配設され
た複数の電界放出型のエミッタ電極と、前記エミッタ電
極は、前記表示部に表示すべきホログラム回折像の干渉
縞に応じた入力信号によって選択されて電子を放出する
ことと、前記エミッタの夫々に対向し、且つ前記画素の
夫々に対応して配設された複数のアノード電極と、前記
アノード電極は、前記エミッタから放出された電子で励
起され、電子線誘起反射率変化を起こすことと、前記干
渉縞は、前記アノード電極の反射率の変化により表示さ
れることと、を具備することを特徴とするホログラムデ
ィスプレイが提供される。

【０００７】本発明の１態様において、前記画素が、３
色を１組として隣接して配置された赤、緑、青用の画素
からなり、前記３色１組が前記表示部に２次元的に配置
されることと、前記赤、緑、青用の画素に対応する前記
アノード電極が、前記エミッタから放出された電子で励
起され、夫々赤、緑、青に対応する波長で反射率変化を
起こす材料からなることと、前記再生光が赤、緑、青の
３色のコヒーレントな光源からなることと、を特徴とす
るカラー立体像が再生可能なホログラムディスプレイが
提供される。

【０００８】望ましい態様において、前記入力信号が、
イメージホログラムの干渉縞を表示する信号であり、こ
こで、イメージホログラムとは、被写体からの物体光を
レンズ等で結像させた結像面付近で参照光と干渉させて
作った干渉縞である。また、前記アノード電極間が、光
吸収層により埋められる。

【０００９】

【作用】本発明の電界放出型微小冷陰極を用いたホログ
ラムディスプレイにおいては、エミッタ電極から放出さ
れた電子線が例えば電子線誘起反射率変化を起こす材料
で形成されたアノード電極に衝突すると衝突部位の反射
率が変化する。アノード電極は、電子線照射を受けた面
の反対側の反射率も変化する程度の厚さとなっている。
１画素は１個乃至複数個のエミッタとアノードとの組合
わせからなり、その画素を２次元的に配列した表示部表
面に、反射率の変化した画素の描く図形として干渉縞が
表示される。本発明では画素を微小な電界放出型冷陰極
により構成しているため、１画素のサイズを例えば１０
０ｎｍ×１００ｎｍ以下とすることが可能であり、可視
領域のホログラム干渉縞の表示に十分な分解能が得られ
る。入力信号に応じて表示された干渉縞に再生光を照射
することで、ホログラム回折像が形成され、観測者によ
り立体像として認識される。

【００１０】

【実施例】以下、図示の実施例を参照して本発明を詳述
する。図２は本発明の実施例に係るホログラムディスプ
レイ１０の全体を示す概略斜視図であり、図１はその表
示部１６の概略部分断面図である。

【００１１】図示の如く、ディスプレイ１０は、ベース
１２に垂直に支持されたパネル１４を有し、その前面
に、例えば１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさの表示部１６が
形成される。表示部１６には、図３図示の如くマトリッ
クス状に配置された多数の微小な、例えば直径１００ｎ
ｍ以下の画素２４が形成される。画素２４は、ホログラ
ム回折像の干渉縞の一本の一部を構成する反射型の画素
として機能する。画素２４は、可視領域での干渉縞を表
示するのに十分な解像度を有する。ベース１２には、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー及びレンズ、鏡等の光学素子を具備す
る再生光光源部１８が配設される。光源部１８からの再
生光は、保護カバーを兼用する反射板２２に反射され、
表示部１６に指向される。

【００１２】図１図示の如く、表示部１６の背面には、
絶縁性のガラス等の材料からなる背面板３２が配設され
る。背面板３２の内面上には、多数の微小冷陰極即ちエ
ミッタ電極３８を有する電界放出型冷陰極装置３４が配
設される。エミッタ電極３８は、背面板３２に固設され
た、Ｍｏ等の高融点金属からなる導電性の基板３６の一
部として形成され、且つ画素２４に対応するように２次
元的に配置される。各エミッタ電極３８を包囲するよう
に、基板３６上にはＳｉＯ₂ 等からなる絶縁層４２を介
してＡｌ等からなるゲート電極４４が配設される。ゲー
ト電極４４はエミッタ電極３８から電子を引出すために
機能する。

【００１３】他方、表示部１６の前面には、ＩＴＯ（in
dium tin oxide）等の導電性で且つ透明な材料からなる
前面板４６が配設される。前面板４６の内面上には、画
素２４に対応するように２次元的に、即ち、エミッタ電
極３８と対向して、多数のアノード電極４８が配設され
る。アノード電極４８の間の隙間を埋めるように、前面
板４６の内面上にはまた、再生光の漏れを防止するため
の樹脂材料からなる光吸収層５２が形成される。前面板
４６の外面には、前面板４６表面での再生光の反射を抑
制するための誘電体多層膜５４がコーティングされる。

【００１４】表示部１６において、背面板３２と前面板
４６との間は、表示部１６を包囲するように配置された
シール２６により気密な空間２８として形成される。空
間２８は、約１０^-3Ｐａ以下の圧力に設定される。ここ
で、エミッタ電極３８の先端とアノード電極４８との間
の距離は約５μｍに設定される。

【００１５】アノード電極４８は、電子線により誘起さ
れて反射率変化を起こす材料よりなる。本実施例におい
て、アノード電極４８の材料として、ポリジアセチレン
の高分子膜が使用される。この材料は、電子基底状態に
おいて可視領域に共役π電子系に起因する高い反射率を
示し、電子線による高密度励起で吸収飽和と同時に可視
領域における反射率も大きく減少し、またその変化の応
答速度も速い。本発明においては、しかし、この他に
も、有機、無機材料を問わず電子線誘起反射率変化を示
す種々の物質が利用できる。また電子線照射による反射
率の変化は、増加、減少のどちらを示すものでも利用で
きる。

【００１６】アノード電極４８は、次の方法により前面
板４６上に形成した。先ず、前面板４６上に厚さ３００
ｎｍのジアセチレン膜を蒸着法で形成した。他方、画素
２４と同じ２次元的配置で形成した多数のエミッタを有
するエミッタアレイ板を準備した。次に、ジアセチレン
膜をエミッタに向けた状態で前面板４６をエミッタアレ
イ板に取付けた。この際、エミッタの先端とジアセチレ
ン膜との間隔は約５μｍとした。この状態で、各エミッ
タより一様に電子線を照射したところ、照射された部位
のジアセチレンが温度上昇を起こすなどして重合し、ポ
リジアセチレンとなった。その後重合されなかったジア
セチレンを有機溶媒で選択的に溶出し、前面板４６上に
ポリジアセチレン膜のマトリクスを形成した。次に、ポ
リジアセチレン膜に、ヨウ素をドーピングして導電性を
もたせ、アノード電極４８を形成した。

【００１７】ホログラムディスプレイ１０の使用態様
は、次のようなものとなる。エミッタ電極３８と、ゲー
ト電極４４及びアノード電極４８との間には、エミッタ
電極３８が負となるように電圧が印加される。アノード
電極４８には、通常、ゲート電極４４より高い正の電位
が付与される。例えば、エミッタ電極とアノード電極と
の間に５Ｖが印加され、電子線のオン／オフが、ゲート
電極４４への電圧のオン／オフで行われる。この様な状
態で、表示すべきホログラム回折像の干渉縞に応じた入
力信号により選択された特定のエミッタ電極３８からゲ
ート電極４４により電子が引き出され、アノード電極４
８に照射される。

【００１８】ポリジアセチレンからなるアノード電極４
８は、電子線に誘起され、反射率変化をもたらす。従っ
て、例えば、図３中に「×」印で示した画素２４を選択
し、これらのエミッタ電極３８から対応のアノード電極
４８に電子を照射すれば、選択された画素２４の反射率
が変化し、ホログラム回折像の干渉縞が得られる。ホロ
グラム回折像を決める干渉縞の方向や間隔は、画素２４
の選択により自由に変更することができる。前面板４６
は導電性の材料からなるため、電子線照射によりアノー
ド電極４８に付与された電荷は、前面板４６を介して排
出され、電荷の蓄積が防止される。

【００１９】光源部１８からの再生光は、図２図示の如
く、斜め下前方より干渉縞が形成された表示部１６に照
射される。照射された再生光は、透明な前面板４６を図
１中の上方から透過し、アノード電極４８で反射され
る。前面板４６上に配設された誘電体多層膜５４により
前面板４６表面での反射が抑制される。また、アノード
電極４８間には光吸収層５２が形成されているため、表
示部１６の内部空間２８内への再生光の漏洩が阻止され
る。この再生光の漏洩は表示部１６のコントラストに影
響する。従って、あまりコントラストに対する要求が高
くなければ、光吸収層５２は省略することができる。

【００２０】再生光としてＨｅ−Ｎｅレーザーの光（６
３２．８ｎｍ）を用い、図１及び図２図示のホログラム
ディスプレイ１０で実験を行った。その結果、表示部１
６上にホログラム回折像が表示され、観測者ＯＢによっ
て立体像として認識することができた。なお、再生光
は、６３２．８ｎｍの波長の光に限らず、他の色の光で
あっても、入力信号に適応した波長の光であり且つアノ
ード電極の材料の反射率変化が起こる波長範囲のもので
あれば、使用することができる。

【００２１】また、本実施例では、シール２６を用いて
表示部１６の内部に気密空間２８を形成し、この内部を
約１０^-3Ｐａ以下の真空気密空間とした。しかし、この
構造に代え、透明なガラス製真空容器を別途設け、図１
図示の背面板３２及び前面板４６を同容器内に対向設置
すると共に、同容器を約１０^-3Ｐａ以下の気圧に設定し
て用いてもよい。

【００２２】また、いわゆるイメージホログラムの干渉
縞を表示する入力信号を表示部１６に付与して実験を行
った。イメージホログラムとは、被写体からの物体光を
レンズ等で結像させた結像面付近で参照光と干渉させて
作った干渉縞に相当する。実験の結果、蛍光灯や白熱灯
等の室内照明、或いは太陽光によって立体像を再生でき
ることが判明した。即ち、イメージホログラムの干渉縞
を用いることにより、図２図示のホログラムディスプレ
イ１０の再生光光源部１８として蛍光灯を使用するか、
或いは、光源部１８を省略することが可能となる。

【００２３】図４は、本発明の別の実施例に係るホログ
ラムディスプレイの表示部１６における画素６０ａ、６
０ｂ、６０ｃの配置を示す図である。この実施例におい
ては、ホログラムディスプレイの全体及び表示部１６の
断面の構造は、基本的に図２及び図１図示のそれらと同
じとなる。この実施例が先の実施例と異なる点は、画素
６０ａ、６０ｂ、６０ｃが赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３色用と
して夫々形成され、隣接する３色を１組とする組合わせ
６２が２次元的に多数個配置されていることである。

【００２４】電子線により誘起されて反射率変化を起こ
す画素６０ａ、６０ｂ、６０ｃのアノード電極４８は、
先の実施例と同様、ポリジアセチレンの高分子膜からな
るが、電子線照射により、夫々ＲＧＢ３色に対応する波
長近傍で反射率のピーク波長を持つように調製される。
これは、公知の如く、ポリジアセチレンの側鎖の置換基
を変更し、その３次元的な構造を変更することにより行
うことができる。

【００２５】表示部１６にカラー表示用の入力信号によ
り干渉縞を表示し、再生光光源部１８として、色素レー
ザーによるＲＧＢの３色のコヒーレントな光源を使用し
て実験を行った。その結果、観測者ＯＢによって、カラ
ーの立体像を認識することができた。

【００２６】またいわゆるイメージホログラムの干渉縞
を表示する入力信号を表示部１６に付与して実験を行っ
た。イメージホログラムとは、被写体からの物体光をレ
ンズ等で結像させた結像面付近で参照光と干渉させて作
った干渉縞に相当する。実験の結果、ＲＧＢ３色の立体
像の重ね合わせがより容易になることが判明した。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、表示部の画素が電界放
出型の微小冷陰極により構成されており、他の方法では
実現できなかった、可視領域でのホログラムのための干
渉縞を表示するのに十分な解像度を有し、且つ描き換え
可能或いは動画の表示が可能なホログラムディスプレイ
が実現できる。特に、電界放出型の微小冷陰極により、
画素１つ１つの応答速度を速くすることが可能であるた
め、高速で順次異なる干渉縞に切り替えながら表示して
いく、動画の再生に適したホログラムディスプレイが実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２図示のホログラムディスプレイの表示部を
示す概略部分断面図。

【図２】本発明の実施例に係るホログラムディスプレイ
の全体を示す概略斜視図。

【図３】図２図示のホログラムディスプレイの表示部の
画素の配置を示す図。

【図４】本発明の別の実施例に係るホログラムディスプ
レイの表示部の画素の配置を示す図。

【符号の説明】

１６…表示部、１８…光源部、２４…画素、２８…真空
空間、３２…背面板、３４…電界放出型冷陰極装置、３
６…基板、３８…エミッタ電極、４２…絶縁層、４４…
ゲート電極、４６…前面板、４８…アノード電極、５２
…光吸収層、５４…誘電体多層膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03H 1/00 - 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元的に配置された複数の画素からなる
表示部を有し、前記画素により干渉縞が表示され、前記
干渉縞に再生光が照射されることにより立体像が再生さ
れるホログラムディスプレイであって、前記画素の夫々に対応して配設された複数の電界放出型
の微小冷陰極からなるエミッタ電極と、前記エミッタ電
極は、前記表示部に表示すべきホログラム回折像の干渉
縞に応じた入力信号によって選択されて電子を放出する
ことと、前記エミッタの夫々に対向し、且つ前記画素の夫々に対
応して配設された複数のアノード電極と、前記アノード
電極は、前記エミッタから放出された電子で励起され、
電子線誘起反射率変化を起こすことと、前記干渉縞は、
前記再生光に対する前記アノード電極の反射率の変化に
より表示されることと、を具備することを特徴とするホログラムディスプレイ。
【請求項２】前記画素が、３色を１組として隣接して配
置された赤、緑、青用の画素からなり、前記３色１組が
前記表示部に２次元的に配置されることと、前記赤、
緑、青用の画素に対応する前記アノード電極が、前記エ
ミッタから放出された電子で励起され、夫々赤、緑、青
に対応する波長で反射率変化を起こすように予め調製さ
れた第１、第２、及び第３材料から夫々なることと、前
記再生光が赤、緑、青の３色のコヒーレントな光源から
なることと、を特徴とする請求項１記載のホログラムデ
ィスプレイ。
【請求項３】前記入力信号が、イメージホログラムの干
渉縞を表示する信号であり、ここで、イメージホログラ
ムとは、被写体からの物体光をレンズ等で結像させた結
像面付近で参照光と干渉させて作った干渉縞であること
を特徴とする請求項１または２記載のホログラムディス
プレイ。
【請求項４】前記アノード電極間が、光吸収層により埋
められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載のホログラムディスプレイ。