JP3422077B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
型のディスプレイ装置に関するものである。
をたどっており、画像を投影拡大する方式が開発されて
いる。一般には、液晶パネルに形成した画像を、高輝度
の光源により照明し、反射や透過により空間変調された
光を投影レンズによってスクリーン上に結像するという
方式がある。以下に従来のディスプレイ装置について説
明する。
すものである。図5において、1はランプであり、2は
反射鏡、3は干渉フィルター、4a、4bはダイクロイ
ックミラーであり、ダイクロイックミラー4aは青色光
だけを選択的に反射し、ダイクロイックミラー4bは緑
色光だけを選択的に反射する。5a、5b、5cはミラ
ーである。6a、6b、6cは液晶パネルであり、7は
ダイクロイックプリズムである。8は投影レンズであ
り、9はスクリーンである。
について、以下その動作について説明する。まず、ラン
プ1を出射した光は、反射鏡2によって反射された光も
含めて、干渉フィルター3を通過する際に可視光だけに
なる。ダイクロイックミラー4aでは、可視光の内、青
色光だけが反射され、90度方向を変え、他の光は透過
する。青色光はミラー5aにより反射され、液晶パネル
6aに入射する。液晶パネル6aには、図示しない制御
回路により、カラー映像信号の内、青色の信号だけが入
力され、各画素毎に設けられたTFT(薄膜トランジス
ター)により画素のスイッチングを行い、入射した青色
光を偏光面を変化させることによって空間変調する。
た青色光はダイクロイックプリズム7によって、再度9
0度方向を変え投影レンズ8によりスクリーン9上に結
像され、青色の画像を形成する。ダイクロイックミラー
4aを透過した光は、ダイクロイックミラー4bにより
緑色光だけが反射され、90度方向を変え、液晶パネル
6bに入射した後、青色光と同様にしてスクリーン9上
に緑色の画像を形成する。ダイクロイックミラー4bを
透過した赤色光についても同様にスクリーン9上に赤色
の画像を形成する。従って、スクリーン9上では青、
緑、赤の画像が合成されてカラー画像となる。
の構成では、光の空間変調に偏光を利用し、且つ画素毎
にTFTを用いるため光の利用効率が悪いという課題を
有していた。以下、図を用いてこの課題について詳述す
る。図6は液晶パネルの構成を示すものである。
板、12a、12bはガラス基板、13はTFT、14
は画素電極、15は走査線、16は信号線、17は液
晶、18は共通電極、19は偏光板である。液晶パネル
による空間変調の原理は、入射光10が偏光板11に入
射すると、特定方向の偏光成分だけが通過し、液晶17
を通過する間に偏光面が回転した後、再度偏光板19を
通過するときに透過光の偏光面の向きと偏光板19の偏
光面の向きの違いにより、光を振幅変調するものである
が、入射光10はランプ光源の場合、ランダム偏光して
いるので、偏光板11を透過する光は入射光10の高々
50%であり、光の利用効率が低い。
と信号線16により選択されたTFT13により透明な
画素電極14と同じく透明な共通電極18との間に電圧
を印加することにより行っているが、TFTの部分は不
透明であるので、光を透過させず光の利用効率を下げる
原因となる。このことは高精細度TV用液晶パネルなど
では、画素数が多くなって各画素面積が小さくなるの
で、各画素に占めるTFTの面積比が大きくなり、開口
率(=実際に光が透過する面積/画素面積)が30数%
となり、深刻な問題となる。
で、光利用効率の高いディスプレイ装置を提供すること
を目的とする。
に第1の発明のディスプレイ装置は、光源と前記光源か
ら出射した光の光路に設けられた回折型の出射効率可変
手段と前記回折型の出射効率可変手段から出射した0次
回折光を結像するレンズとを備え、前記回折型出射効率
可変手段は誘電体膜からなり、基板方向に可動的に支持
された構成であり、前記誘電体膜に複数のスリットを設
けて厚さが入射光波長の4分の1の複数の梁を形成し、
前記梁底面と基板間を入射光波長の4分の1としたこと
を特徴とする。
幅が可動部の幅より細いという特徴を有する。また、第
3の発明は、前記回折型出射効率可変手段の回折格子ピ
ッチと前記回折型の出射効率可変手段に入射する光の波
長域の中心波長との比が7以上であるという特徴を有す
る。また、第4の発明は前記誘電体膜が隣接する誘電体
膜との間に位相差が入射光波長の2分の1となる領域を
設けたことを特徴とする。
olgaard等がオプティクスレターズ 17巻、9
号、688〜690頁、’92年に報告しており、図を
用いてその原理を説明する。図7は回折型出射効率可変
手段の斜視図であり、同図において20はシリコン基板
である。21はスペーサーで、22は誘電体膜であり、
スペーサー21により中空に保持されている。スペーサ
ー21と誘電体膜22の厚みはそれぞれ入射光波長の4
分の1に設定している。23a〜eは誘電体膜22に設
けられたスリットである。シリコン基板20の表面と誘
電体膜22の表面には反射膜兼電極としてアルミニウム
や銀が成膜されている。
すもので、図8において図7と同一物については、同一
番号を賦し説明を省略する。図8(a)は電極に電圧を
印加していない状態を示す図で、誘電体膜22表面とシ
リコン基板20表面の段差は入射光の波長の2分の1に
なっている。この時、誘電体膜22表面で反射する光と
シリコン基板20表面で反射する光の光路差は往復で1
波長となり、位相が揃うので、回折型出射効率可変手段
は単なるミラーの働きをする。
(b)のように、静電力により、誘電体膜22がシリコ
ン基板20に接触するため、誘電体膜22表面とシリコ
ン基板20表面の段差は入射光の波長の4分の1とな
り、誘電体膜22表面で反射する光とシリコン基板20
表面で反射する光の光路差は往復で2分の1波長となる
ので、位相が半波長ずれることにより、互いに打ち消し
あって、0次回折光が消滅し、代わりに、1次以上の高
次回折光が出射するようになる。したがって、回折型出
射効率可変手段は0次回折光を変調することができるこ
ととなる。
で、0次回折光の出射効率は入射光の偏光面に殆ど依存
せず、どの様な偏光面でも利用可能である。ここで、0
次回折光の出射効率とは、回折型出射効率可変手段によ
り反射される光と、入射する光の強度比と定義する。し
たがって、液晶パネルのように偏光面を利用する場合に
比べ、光源の光利用効率が大きくなる。また、電極に電
圧を印加するためのスイッチング素子を誘電体薄膜の下
部に設けることにより、光の反射面を広く取ることが出
来、開口率を高くできるという特長も得られる。
配列することにより、空間光変調素子として液晶パネル
の代わりに用いることにより、ディスプレイ装置を構成
するものである。しかしながら、O.Solgaard
等の報告では、入射光として、平行光を用いておりスリ
ット23a〜eのピッチは波長の6倍以下となっている
が、ディスプレイ装置として用いるには、光源からの光
をレンズにより、集光して回折型出射効率可変手段に入
射させる必要があり、回折型出射効率可変手段の入射角
依存性を考慮する必要があった。我々は、入射波長λと
スリットのピッチΛの比と、0次回折光の出射効率の関
係を検討し、Λ/λ≧6の時出射効率が90%を越える
ことを発見し、また、Λ/λ≧7の時にスクリーン上で
の光量が均一になることを見つけた。従って、Λ/λの
値としては7以上が好適である。
に配列する時、画素同士の分離のため光を反射しない領
域(ブラックマトリクス)を設ける必要があるが、O.
Solgaard等の回折型出射効率可変手段をそのま
ま二次元的に配列すると、画素と画素の間は反射帯とな
り、常に光を反射するので、画素同士がスクリーン上で
混色し表示性能を劣下させる原因となる。
となる領域を設けることにより、画素間で反射した光が
互いに打ち消しあい、ブラックマトリクスが構成できる
ものである。
る梁の幅を可動部の幅に対して細くすることにより、支
持梁を変形しやすくできる。
照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例の基
本構成を示すものであって、24は光源であり、25は
回折型の出射効率可変手段、26は投影レンズである。
図2は本発明の第1の実施例におけるディスプレイ装置
の構成を示すものであり、図1に示した基本構成を光の
3原色毎に設けたものである。以下、図2を用いて動作
の説明を行う。
一番号を賦す。24は光源であり、メタルハライドラン
プやキセノンランプ等の白色光源である。25a〜cは
回折型出射効率可変手段であり、26は投影レンズであ
る。27はコールドミラーであり、熱線を透過し、可視
光は反射する。28は集光レンズである。29a〜cは
ダイクロイックミラーであり、ダイクロイックミラー2
9aは赤色光だけを選択的に反射し、ダイクロイックミ
ラー29bは青色光だけを選択的に反射し、ダイクロイ
ックミラー29cは緑色光だけを選択的に反射する。3
0a、bはミラーである。31はカップリングプリズム
であり、光を合成する。
について以下その動作を説明する。まず、光源24を出
射した光はコールドミラー27により、反射された光も
含めて、集光レンズ28により収束される。ダイクロイ
ックミラー29aにより、赤色光だけが反射されて、9
0度向きを変え回折型出射効率可変手段25aに入射す
る。回折型出射効率可変手段25aは図示しない制御回
路によって各画素毎にスイッチングされており、入射光
は画素毎に変調され作用の項で述べた原理により、0次
光が出射する画素と、出射しない画素ができる。変調さ
れた赤色光はミラー30aにより光路を折曲げられてカ
ップリングプリズム31に入射し、再度光路を折曲げら
れて、他の光と合成され投影レンズ26により図示しな
いスクリーン上に結像される。
・青色光の内、青色光はダイクロイックミラー29bに
より反射され、90度向きを変えて回折型出射効率可変
手段25bに入射する。回折型出射効率可変手段25b
により空間変調された青色光はダイクロイックミラー2
9cを透過し、ミラー30bにより90度向きを変え、
カップリングプリズム31で他の色と合成され、投影レ
ンズ26により結像される。
色光も同様に回折型出射効率可変手段25cにより空間
変調されダイクロイックミラー29cにより光路を折曲
げられて青色光と同じ光路を通って結像され、結果、ス
クリーン上では3原色が混色されてカラー画像を得る。
この構成において、作用の項で述べたごとく、回折型出
射効率可変手段の格子ピッチΛと入射光の中心波長λの
比をたとえば、Λ/λ=7とすると、回折型出射効率可
変手段で生じる1次回折光の回折角は8.2度となるの
で、この1次回折光が投影レンズ31の入射瞳に入らな
いようにするために投影レンズのF値(=焦点距離/レ
ンズの有効口径)としては3.5以上にする必要があ
る。従って、集光レンズF値も3.5以上にする必要が
あり、この時、作用の項で述べたごとく、スクリーン上
での光量が、ほぼ均一になる。
を赤・緑・青の3原色に分離し、各色毎に反射型の回折
型出射効率可変手段を設け、Λ/λ=7とすることによ
り、光利用効率が高く、光量むらの少ないディスプレイ
装置を得ることが出来る。
ついて図面を参照しながら説明する。第1の実施例と異
なるのは回折型出射効率可変手段の部分だけであるの
で、回折型出射効率可変手段以外の部分は省略する。図
3は、回折型出射効率可変手段の1画素の構成を示す図
で、図3(a)は斜視図、(b)は同A−A断面図であ
る。
みは入射光の波長の4分の1で、例えば窒化シリコン等
の誘電体膜をパターニングして形成する。梁32a〜e
の上面には電極兼反射膜としてアルミニウムや銀等が成
膜されている。33はスペーサーであり、厚みは入射光
波長の4分の1である。34は電極であり図示しない基
板上に設けられている。また、電極34は入射光を反射
する。
変手段が0次回折光を変調できるのは作用の項で述べた
ごとくであるが、スペーサー33の上に設けた梁32a
と32eは静電力を加えてもたわまないので、梁32a
ないし,32e上面で反射する光とスペーサー33上面
で反射する光の位相差は常に往復で2分の1波長であ
り、また、梁32b、c、dのスペーサー33で支持さ
れている部分でも同様に位相差は2分の1波長である。
従って画素と画素の間の部分の位相差はすべて2分の1
波長となって、0次回折光は発生しないので、画素分離
の問題を解決できる。
おいて、画素間に位相差が2分の1となる領域を設けた
ことにより、実質的にブラックマトリクスを設けたのと
同様の効果が得られる。
ついて図面を参照しながら説明する。第1の実施例と異
なるのは回折型出射効率可変手段の部分だけであるの
で、回折型出射効率可変手段以外の部分は省略する。図
4は、回折型出射効率可変手段の構成を示す図で、図4
(a)は平面図、(b)は同A−A断面図である。
入射光の波長の4分の1であり、上面には電極兼反射膜
としてアルミニウムや銀等が成膜されている。36a〜
36lは誘電体膜35をエッチングして作成したスリッ
トである。37は支持梁であり、誘電体膜35をエッチ
ングして作成する。38はスペーサー、39は電極であ
る。電極39も光を反射する。
変手段について、以下その動作を説明する。誘電体膜3
5は支持梁37とスペーサー38により中空に支持され
ているが、誘電体膜上面に設けた電極と電極39間に電
圧を印加すると、静電力により、誘電体膜35が電極3
9に接触するのは作用の項で述べたのと同様である。可
動部分の誘電体膜35の幅に比べ支持梁の幅が細いた
め、支持梁が変形しやすくなり、電極39に接触する面
積が広くなって、結果0次回折光を変調する面積が広く
なり、開口率が向上する。
幅を細くしたことにより、支持梁が変形しやすくなり、
0次回折光の変調に寄与しないデッドスペースが減少で
きるという効果が得られる。なお、第3の実施例におい
て、回折型出射効率可変手段を構成する各々の梁をスペ
ーサー38の近傍だけを細くしても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。
した光の光路に設けられた回折型の出射効率可変手段と
前記回折型の出射効率可変手段から出射した0次光を結
像するレンズとを設けることにより、光の利用効率の高
いディスプレイ装置を実現できるものである。また、入
射光の波長λと回折型出射効率可変手段の格子ピッチΛ
の比を7以上とすることにより、光源からの光を収束し
て回折型出射効率可変手段に入射させた場合でも、光量
むらの少ないディスプレイ装置が得られる。さらに隣接
する誘電体膜間に位相差が入射光波長の2分の1となる
領域を設けることにより 、 ブラックマトリクスを形成す
ることができる。
率可変手段の各画素間に位相差が入射光の2分の1とな
る領域を設けることにより、スクリーン上での画素を明
確に分離することが出来る。
率可変手段の可動部分を、可動部分の幅よりも細い幅の
支持梁で支持することにより、開口率が向上し、光の利
用効率の高いディスプレイ装置が得られる。
置の構成図
率可変手段の1画素の斜視図 (b)は本発明の第2の実施例の回折型出射効率可変手
段の1画素の断面図
出射効率可変手段の平面図 (b)は本発明の第3の実施例における回折型出射効率
可変手段の断面図
を印加していない状態の動作を示す図 (b)は回折型出射効率可変手段の電極に電圧を印加し
た状態の動作を示す図
Claims (4)
- 【請求項1】 光源と、前記光源から出射した原色光の
光軸に対して集光手段を介して斜めに前記原色光を入射
され、前記原色光の0次回折光を変調する回折型の出射
効率可変手段と、前記0次回折光を結像するレンズとを
具備し、前記回折型出射効率可変手段は誘電体膜からな
り、基板方向に可動的に支持された構成であり、前記誘
電体膜に複数のスリットを設けて厚さが入射光波長の4
分の1の複数の梁を形成し、前記梁底面と基板間を入射
光波長の4分の1としたディスプレイ装置。 - 【請求項2】前記回折型出射効率可変手段において、前
記誘電体膜を支持する支持部の幅は前記誘電体膜の各梁
の幅より細くし、前記梁の可動を容易にした請求項1記
載のディスプレイ装置。 - 【請求項3】前記回折型出射効率可変手段の回折格子ピ
ッチと前記回折型の出射効率可変手段に入射する光の波
長域の中心波長との比が7以上である請求項1または2
記載のディスプレイ装置。 - 【請求項4】前記誘電体膜が隣接する誘電体膜との間に
位相差が入射光波長の2分の1となる領域を設けた請求
項1、2または3記載のディスプレイ装置。
Priority Applications (7)
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US08/492,894 US5920418A (en) | 1994-06-21 | 1995-06-20 | Diffractive optical modulator and method for producing the same, infrared sensor including such a diffractive optical modulator and method for producing the same, and display device including such a diffractive optical modulator |
CNB011451904A CN1177197C (zh) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | 包括衍射光学调制器的红外传感器 |
EP95109622A EP0689078A1 (en) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | Diffractive optical modulator and method for producing the same |
CN95109107A CN1090336C (zh) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | 光学调制器及其制造和驱动方法 |
KR1019950017369A KR100219015B1 (ko) | 1994-06-21 | 1995-06-21 | 회절식 광조절기와 그러한 회절식 광조절기의 제조방법과 그러한 회절식 광조절기를 포함하는 적외선감지기와 그러한 적외선감지기의 제조방법 및 그러한 회절식 광조절기를 포함하는 표시장치 |
CNB011451882A CN1208656C (zh) | 1994-06-21 | 2001-12-28 | 包括衍射光学调制单元的显示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP14165694A JP3422077B2 (ja) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | ディスプレイ装置 |
Publications (2)
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JPH085939A JPH085939A (ja) | 1996-01-12 |
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Family
ID=15297123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP14165694A Expired - Lifetime JP3422077B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-23 | ディスプレイ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3422077B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009131915A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | PhotonEdge Inc. | Systems, devices and methods of broadband light sources with tunable spectrum |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1367424B1 (en) * | 1995-11-01 | 2007-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical modulator including microlenses for input and output beam |
JP4852835B2 (ja) * | 2004-09-02 | 2012-01-11 | ソニー株式会社 | 回折格子−光変調装置集合体 |
JP5148868B2 (ja) * | 2006-12-07 | 2013-02-20 | オリンパス株式会社 | 空間位相変調素子および投影装置 |
-
1994
- 1994-06-23 JP JP14165694A patent/JP3422077B2/ja not_active Expired - Lifetime
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WO2009131915A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | PhotonEdge Inc. | Systems, devices and methods of broadband light sources with tunable spectrum |
US8063409B2 (en) | 2008-04-24 | 2011-11-22 | PhotonEdge Inc. | Systems, devices and methods of broadband light sources with tunable spectrum |
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JPH085939A (ja) | 1996-01-12 |
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