專利名稱：反射屏幕、顯示設(shè)備以及移動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射屏幕、顯示設(shè)備以及移動裝置。
背景技術(shù)：
在透視顯示設(shè)備中，圖像被投影到反射-透射屏幕上以可視地呈現(xiàn)出結(jié) 合有所投影圖像的屏幕的背景。這里，所投影的圖像從具有一定厚度的屏 幕的正面和背面反射以產(chǎn)生視差，而這將使可視性下降。例如，在所謂的 平視顯示器(HUD)中同樣產(chǎn)生該問題，所述平視顯示器能夠?qū)⒏鞣N交通 信息投影到諸如汽車和飛機的移動裝置的擋風(fēng)玻璃上，以可視地同時顯示 交通信息和外部背景圖像。
JP-A-9-101478 (特開)公開了一種基于全息組合器的技術(shù)，所述全息 組合器反射特定范圍的波長。然而，所述反射波長范圍較寬并減少了白光 的透射率。因而，該技術(shù)無法用于前述應(yīng)用。
JP-A-2006-350126 (特開)公開了一種與其中周期性地設(shè)置光柵元件的 導(dǎo)模諧振光柵器件相關(guān)的技術(shù)。然而，該技術(shù)旨在通過允許所述光柵接觸 空氣來加寬反射波長范圍，因而無法用于要求窄反射波長范圍的前述應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種反射屏幕，包括襯底，具有第一折 射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并且包括周期性膜， 所述周期性膜具有周期A并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折 射率大于所述第一折射率，所述周期A不小于400/(N+l)納米并且不大于680/(N-l)納米，所述N為所述周期性膜的等效折射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種顯示設(shè)備，包括光生成器，配置 為生成包括圖像信息的波長為義的光；以及反射屏幕，所述光以入射角S投 射到所述反射屏幕上，所述反射屏幕包括襯底，具有第一折射率；以及 周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并且包括周期性膜，所述周期性 膜具有周期A并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折射率大于所 述第一折射率，并且所述周期A為;i/(iV + sine)或;i/(7V-sin。，所述N為所 述周期性膜的等效折射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種移動裝置，包括顯示設(shè)備，所述 顯示設(shè)備包括光生成器，配置為生成包括圖像信息的波長為義的光；以及 反射屏幕，所述光以入射角e投射到所述反射屏幕上，所述反射屏幕包括 襯底，具有第一折射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并 且包括周期性膜，所述周期性膜具有周期A并且由具有第二折射率的材料 制成，所述第二折射率大于所述第一折射率，并且所述周期A為義/(A^sin。 或;i/(iV-sir^)，所述N為所述周期性膜的等效折射率；以及窗口，所述反 射屏幕附著于所述窗口。


圖1A和1B所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2A和2B所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的光學(xué)入射/出射 (emission)特性的示意圖4A和4B所示為根據(jù)第一實施例的反射屏幕10的反射率和透射率的
波長依賴性的模擬結(jié)果；
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖; 圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖； 圖7所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖; 圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的反射屏幕的變型的結(jié)構(gòu)的示意性
截面圖9所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；圖IO所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕特性的C正色度圖11所示為發(fā)光度(luminosity)(可見度)與根據(jù)本發(fā)明第五實施例 的反射屏幕的特性之間關(guān)系的曲線圖。
圖12所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕的變型的結(jié)構(gòu)的示意性 截面圖13所示為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)和使用條件的示 意圖14所示為根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖15所示為根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖；以
及
圖16所示為基于本發(fā)明實施例的反射屏幕和顯示設(shè)備的移動裝置的示 意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。 第一實施例
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖1A和1B分別是截面圖和透視圖。如圖1A和1B所示，第一實施例
的反射屏幕10包括襯底110和周期性膜120，所述周期性膜120設(shè)定于襯
底110的主表面111上并且具有規(guī)則的波紋(corrugation) 121。
襯底110能夠示范性地由丙烯酸樹脂制成，并且襯底110的折射率(第
一折射率)w示范性地為1.45。應(yīng)該注意襯底110可以作為薄膜設(shè)定在板
狀或片狀襯底上。
另一方面，周期性膜120能夠示范性地由電介質(zhì)薄膜制成，并且具有 大于第一折射率m的第二折射率ri2。例如，第二折射率ri2可為1.9。此外， 周期性膜120具有周期為A的規(guī)律性波紋121，所述周期A在400/(N+1)至 680/(N-l)nm (納米)的范圍內(nèi)，這里N是等效折射率。
例如，如果周期性膜120的厚度t是180nm，第一折射率n產(chǎn)1.45,而 第二折射率n2=1.9,則等效折射率N=1.49。這里，將周期A設(shè)定為400/(N+l) 至680/(N-l)腦(納米)，g卩，268-1082nm。具體地，將所述周期A設(shè)定為0.68pm (微米)。然后，反射屏幕10具有光子結(jié)構(gòu)(photonic structure),其 以高反射率反射指定波長的線性偏振入射光，而透射其他波長的光。在以 上示例中，波長為530nm(綠光)的光被反射，而其他波長的光被透射。
此外，例如，同樣在A為0.24pm的情況下，波長為530nm(綠光)的 光被反射，而其他波長的光被透射。
在A為0.29pm或0.81ixm的情況下，波長為630nm (紅光)的光被反 射，而其他波長的光被透射。
在A為0.21pm或0.58pm的情況下，波長為450nm (藍光)的光被反 射，而其他波長的光被透射。
因此，通過設(shè)置周期A為400/(N+l)至680/(N-l)nm的波紋，這里N為 等效折射率，并適當(dāng)?shù)卦O(shè)定周期A，能夠以高反射率僅反射所需波長的光， 而透射其他波長的光。這里，因為反射屏幕10具有光子結(jié)構(gòu)，所以沒有實 質(zhì)的光吸收。因而，反射屏幕能夠僅反射用于圖像投影的特定波長的光， 而透射其他波長的光。也就是說，反射屏幕在保持高透射率的同時實現(xiàn)了 高反射率。
在圖1示出的反射屏幕中，在周期性膜120上方的上部區(qū)域130圖示 為空氣，并且上部區(qū)域的折射率nu為1。也就是說，周期性膜120的波紋 121中的突出部123的折射率與第二折射率n 2相等，而凹槽124的折射率 與上部區(qū)域的折射率nu相等，這里ri2大于nu。在本實施例中，周期性膜120 用作周期性結(jié)構(gòu)129。
下面將針對其光學(xué)特性具體描述本實施例的反射屏幕10。 圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意圖。 如圖2A所示，在本發(fā)明第一實施例的反射屏幕10中，no是襯底110 下方的區(qū)域的折射率， 是襯底110的折射率(第一折射率)，T是襯底110 的厚度，n2是周期性膜120的折射率(第二折射率)，而t是周期性膜120 的厚度。在周期性膜120上方的上部區(qū)域130 (包括凹槽124)的折射率表 示為nu。取沿著垂直于襯底110的主表面111的方向為x-軸，而取沿著垂 直于x-軸并且垂直于波紋121的周期方向為y-軸。假設(shè)^("表示電場的戶 分量，/^Oc)表示磁場的y-分量，A。等于2n/入(義為波長)，并且n(x)為折 射率。此外，假設(shè)a是周期性膜120中的突出部123和凹槽124之間的體積比，并且使用周期性膜120的有效折射率"「(a. 2+(l-咖,2)"2。對于由
具有折射率no、 n,、 n2以及nu構(gòu)成的上述結(jié)構(gòu)，將特征值々確定為TE偏振 的微分方程(1)和TM偏振的微分方程(2)的解。然后，根據(jù)/^&W確 定等效折射率N。這里，TE偏振是入射光的電場的振動平面平行于y-方向 的偏振，而TM偏振是電場的振動平面垂直于;v-方向的偏振。
~~^ + {A:02"(jc)2—/ 2}￡v(x) = 0, ￡v(jc) = 0O = ±oo) (1)
5 ，2") +w(jc)2 — / 2 (x) = 0， 7^ (x) = O(x = ±oo)( 2 )
如圖2B所示，在反射屏幕10中，當(dāng)線性偏振入射光181以入射角P入 射到具有該等效折射率N和周期A的周期性膜120上時，對滿足等式(3)
的波長義產(chǎn)生共振
A = ;i(iV±sin60 (3)
也就是說，對特定的波長;i，入射光差不多100%被反射，而其他波長
的光被透射。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的光學(xué)入射/出射特性的
示意圖。
如圖3所示，在存在具有上述特定周期A的波紋時，當(dāng)具有特定波長;i
的入射光181入射到反射屏幕10時，在具有比襯底110的折射率更大的折 射率的周期性膜120中，入射光181沒有實質(zhì)的損失，并從周期性膜120 射出。也就是說，波長為義的光能夠沒有實質(zhì)損失地反射，而其他波長的光 能夠被透射。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的反射屏幕的反射/透射特性的曲線圖。
圖4A和4B分別示出了根據(jù)第一實施例的反射屏幕10的反射率和透射 率的波長的依賴性的模擬結(jié)果。水平軸代表波長A，而垂直軸代表反射率或 透射率。
模擬條件為t=200nm和A=350nm。
如圖4A所示，在根據(jù)第一實施例的反射屏幕10中，在波長"520nm處，反射率具有非常明顯的峰值，而在其他波長具有非常低的值。應(yīng)該注
意在波長275nm附近觀察到的另一峰值是不相關(guān)的，因為其在可見光區(qū)之 外。
如圖4B所示，在h520nm處，透射率具有非常明顯的谷值，但是在 其他波長透射率很高。應(yīng)該注意同樣在波長275mn附近觀察到的另一谷值 是不相關(guān)的，因為其在可見光區(qū)之外。
雖然圖4A和4B示出了反射率和透射率的模擬結(jié)果，但是吸收基本為零。
因此，第一實施例的反射屏幕10在特定波長(在本示例中為520nm) 處具有反射率峰值，并且峰值寬度AA大約為10nm (對給定的波長A寬度為 土5nm)。通過將該波長;i的光投影至反射屏幕IO上作為包括圖像信息的圖 像，能夠可視地呈現(xiàn)出非常明亮的投影圖像。因為對于除了波長;i之外的波 長的光的高透射率，所以能夠觀看到反射屏幕10的背景圖像具有高亮度和 可視性。
在JP-A-9-101478中公開的全息屏幕的情況下，反射率的峰值寬度M大 約為20nm，并且除了所需波長A之外的光同樣被反射。這導(dǎo)致除了指定波 長的光之外的光的低透射率。因而，屏幕的背景圖像產(chǎn)生暗且模糊的顯示。
相反，本實施例的反射屏幕IO基本上僅反射具有指定波長義的光，并 且沒有實質(zhì)損失地透射其他光。因而，僅具有指定波長的光以高反射率被 反射，從而可視地呈現(xiàn)明亮的圖像，而其他波長的光以高透射率被透射， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)易于觀看的顯示器。因而，本實施例提供了一種在保持高透 射率的同時實現(xiàn)高反射率的顯示器。
在本實施例的反射屏幕10中，將周期性膜120的周期A設(shè)定為 400/(N+l)至680/(N-l)nm之間。這基于這樣的事實盡管JIS Z8120定義短 波長側(cè)為360-400nm而長波長側(cè)為760-830nm，但是定義可見光波長使得 短波長側(cè)的下限為400nm，而長波長側(cè)的上限為680nm，這在實際使用中 是合適的。
第二實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第二實施例。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
如圖5所示，除了圖1中的反射屏幕10之外，根據(jù)第二實施例的反射 屏幕20還包括在周期性膜120 (周期性結(jié)構(gòu)129)的突出部123上方的上 層140。也就是說，反射屏幕20還包括保護層(上層140)，所述保護層設(shè) 置于周期性膜120的與襯底110相反的一側(cè)上并保護所述周期性膜120。
這用來防止任何異物進入周期性膜120的凹槽124。如果有任何進入凹 槽124的異物，則對取得預(yù)期的光學(xué)特性是不利的。然而，上層140用來 防止異物的進入并提供高性能和穩(wěn)定質(zhì)量的反射屏幕。
上層140能夠示范性地由折射率低于第二折射率ii2的材料制成，或者 可以由與襯底110的材料相同的材料制成。
此外，例如，可以在襯底110的下表面(與主表面111相反的表面) 或在上層140的上表面142上設(shè)定粘結(jié)層(未示出)，以粘附另一板狀透明 體。例如，可以使用丙烯酸樹脂基粘合劑來提供基本透明的粘結(jié)層，通過 所述透明粘結(jié)層反射屏幕20能夠粘附到例如汽車擋風(fēng)玻璃上。因而，本實 施例能夠提供一種在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的顯示設(shè)備(平視 顯示器)以及汽車(移動裝置)。
第三實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第三實施例。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。 如圖6所示，除了圖1中的反射屏幕10之外，根據(jù)第三實施例的反射 屏幕30包括在周期性膜120上方的上部區(qū)域130中的低折射率層150。所 述低折射率層150具有比周期性膜120的第二折射率n2小的折射率ni。所 述低折射率層150能夠示范性地由丙烯酸樹脂制成，并且rii可以設(shè)定為 1.49。也就是說，反射屏幕30還包括低折射率層150，所述低折射率層150 設(shè)置于周期性膜120的與襯底110相反的一側(cè)上并且具有小于第二折射率 的折射率。
因而，本實施例在保護周期性膜120的同時能夠有效地利用周期性膜 120的光學(xué)周期性。第四實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第四實施例。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
如圖7所示，根據(jù)第四實施例的反射屏幕40具有由三個周期性膜的疊 置結(jié)構(gòu)。具體而言，疊置第一周期性膜120、第二周期性膜220以及第三周 期性膜320，所述第一周期性膜120具有第一周期A,和第一厚度tp所述 第二周期性膜220具有第二周期A2和第二厚度t2，所述第三周期性膜320 具有第三周期A3和第三厚度t3。第一周期性膜120設(shè)置于第一襯底(襯底 110)上。并且，第二襯底210設(shè)置在第一周期性膜120與第二周期性膜220 之間，第三襯底310設(shè)置在第二周期性膜220與第三周期性膜320之間， 而上層140設(shè)置于第三周期性膜320的上方。在上述結(jié)構(gòu)中，第一周期性 膜120、第二周期性膜220以及第三周期性膜320構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)129。
此外，分別設(shè)定第一周期A^第二周期A2以及第三周期A3，以反射 三原色的光的波長。
例如，可將第一周期At設(shè)定為0.29pm或0.81nm以反射紅光(例如， 波長630nm)。
可將第二周期A2設(shè)定成0.24pm或0.68jim以反射綠光(例如，波長 530nm)。
可將第三周期A3設(shè)定成0.21pm或0.58pm以反射藍光(例如，波長 450nm)。
因此，通過具有三種波長，例如，作為紅光的波長630nm、作為綠光 的波長530nm以及作為藍光的波長450nm的光源能夠再現(xiàn)各種顏色。此外， 對于除了這三種波長之外的波長實現(xiàn)了高透射率。因此，反射屏幕40能夠 提供在保持高透射率的同時實現(xiàn)了高反射率的高可視性的顏色顯示。因而， 反射屏幕40能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的平視顯示器和 汽車。
以上描述闡釋了周期性結(jié)構(gòu)129包括三個周期性膜的情況。然而，所 述結(jié)構(gòu)不限于此，而是能夠包括k個周期性膜的疊置。這里，對于在顏色 混合時產(chǎn)生非彩色的k個光波長4，可以疊置各包括具有周期為Ak的規(guī)律 性波紋的k個周期性膜，所述周期Ak在V(W-1)至V(W + 1)的范圍內(nèi)。圖7中示出的反射屏幕40包括在這些周期性膜之間的第二襯底210和 第三襯底310。然而，可以設(shè)置圖6中示出的低折射率層以取代所述第二襯 底和第三襯底。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的反射屏幕的變型的結(jié)構(gòu)的示意性 截面圖。
如圖8所示，在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的變型的反射屏幕41中，在第 一周期性膜120上依次疊置第一低折射率層150、第二周期性膜220、第二 低折射率層250、第三周期性膜320以及第三低折射率層350。該結(jié)構(gòu)的反 射屏幕41同樣能夠反射三種特定波長并顯示各種顏色。因此，反射屏幕41 能夠提供在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的高可視性的顏色顯示。因 而，反射屏幕41能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的平視顯示 器和汽車。
第五實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第五實施例。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
如圖9所示，根據(jù)第五實施例的反射屏幕50與圖7示出的反射屏幕40 的不同之處在于設(shè)置了兩個周期層。更具體地說，疊置第一周期性膜120 和第二周期性膜220，所述第一周期性膜120具有第一周期Ai和第一厚度 tp所述第二周期性膜220具有第二周期A2和第二厚度t2。第一周期性膜 120設(shè)置于第一襯底(襯底110)上，第二襯底210設(shè)置在第一周期性膜120 和第二周期性膜220之間，而上層140設(shè)置在第二周期性膜220的上方。 在上述結(jié)構(gòu)中，第一周期性膜120和第二周期性膜220構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)129。
此外，分別設(shè)定第一周期Ai和第二周期A2，以反射在顏色混合時產(chǎn)生 基本白色的兩個波長的光。
例如，可選擇兩個波長，使得第一光為紅光(第一波長4示范性為 635nm)，而第二光為藍綠光(第二波長^示范性為490nm)。
更具體地說，可將第一周期Ai設(shè)定為0.42pm，以反射紅光 (/1^630nnO。
可將第二周期A2設(shè)定為0.33pm，以反射藍綠光U2=490nm)。這里，反射屏幕50以高反射率反射這兩種顏色的光。此外，這兩種顏 色是補色的關(guān)系，從而能夠顯示白色(非彩色)。因而，能夠產(chǎn)生接近自然 顏色的顯示。
下面將更具體地描述本實施例。
圖io所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕的特性的c正色度圖。
更具體地說，圖10是示出根據(jù)第五實施例的反射屏幕50的特性的C正 1931XYZ色度圖。如圖10所示，在色度圖中，具有第一波長A^635nm的 第一光186和具有第二波長;i2-490nm的第二光187是補色的關(guān)系，并且位 于穿過白色(非彩色)的直線上。因而，根據(jù)第一光186和第二光187之 間的混合比能夠顯示包括白色(非彩色)的各種顏色。在通過激光器產(chǎn)生 昇有第一波長;i^635nm的第一光186和具有第二波長;i,490nm的第二光 187的示例中，如果第一光186以12mW的功率輸出且第二光187以23mW 的功率輸出，則獲得光通量為51m的白色(非彩色)。
具有圖9中示出的兩層結(jié)構(gòu)的反射屏幕50就結(jié)構(gòu)而言比具有圖7中示 出的三層結(jié)構(gòu)的反射屏幕40更簡單，并且在實際應(yīng)用中非常有用。例如， 用于諸如平視顯示器的顯示設(shè)備的反射屏幕很少顯示自然圖像。所顯示的 圖像示范性地包括諸如汽車速度、區(qū)域地圖、交通標記以及導(dǎo)航指示的汽 車運行狀態(tài)信息的顯示，盡管所述這些信息實際上是多顏色顯示，但其不 是自然圖像。因而，實際上，通常由具有兩個波長的光源形成的顏色顯示 就足夠使用。因此，具有兩層結(jié)構(gòu)的反射屏幕50在結(jié)構(gòu)簡單和性能方面具 有優(yōu)勢，可靠性高以及使用成本低。
在以上描述中，白色(非彩色)僅需要基本上非彩色的，但是優(yōu)選地， 在C正1931XYZ色度圖中，x在0.25-0.40的范圍內(nèi)，而y在0.25-0.40的 范圍內(nèi)。
此外，圖9中示出的反射屏幕50在增大實際透射率中是有效的。這一 點將在下面描述。
圖11是示出了發(fā)光度(可見度)與根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕 的特性之間的關(guān)系的曲線圖。
在圖11中，水平軸代表波長，而垂直軸代表發(fā)光度或光強度。如圖11 中實線所示，對于綠光(波長555nm)發(fā)光度190最高，而對于更短或更長波長的發(fā)光度減小。在將綠光(例如，波長555nm)投影到顯示設(shè)備的 反射屏幕上的情況下，即使使用本實施例的反射屏幕，具有555士5nm波長 的圖像投影光也不能透射通過。因而，在該波長范圍里，來自背景的光不 能被透射。這里，不透射在555nm附近具有高發(fā)光度的光的反射屏幕在實 際使用中給人一種透射光較暗的印象，而且反射屏幕在背景圖像的可視性 方面不太好。
相反，作為圖像投影光，本實施例的反射屏幕50不使用具有高亮度的 綠光，而使用兩個光波長，也即，紅光(例如，635nm)和藍綠光(例如， 490nm)。因而，具有高發(fā)光度的綠光的背景圖像直接可視，而沒有實質(zhì)的 亮度減小。此外，通過具有補色關(guān)系的紅光和藍綠光能夠表示包括白色(非 彩色)的各種顏色。因而，本實施例可以實現(xiàn)能夠在實際應(yīng)用中非常有優(yōu) 勢的顯示的反射屏幕。
應(yīng)該注意，低折射率層同樣能夠在具有兩層結(jié)構(gòu)的反射屏幕的情況下 使用。
圖12所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的反射屏幕的變型的結(jié)構(gòu)的示意性 截面圖。
如圖12所示，在根據(jù)本發(fā)明第五實施例的變型的反射屏幕51中，在 第一周期性膜120上依次疊置有第一低折射率層150、第二周期性膜220以 及第二低折射率層250。也就是說，反射屏幕51還包括設(shè)置于所述k個周 期性膜中的至少一個的、與襯底110相反一側(cè)上的低折射率層，所述低折 射率層的折射率小于周期性膜的折射率。
該結(jié)構(gòu)的反射屏幕51同樣能夠反射兩個特定波長并顯示各種顏色。因 此，反射屏幕能夠提供在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的高可視顏色 顯示。因而，反射屏幕能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的平 視顯示器(顯示設(shè)備)和汽車(移動裝置)。
第六實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第六實施例的顯示設(shè)備。 圖13所示為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)和使用條件的示 意圖。如圖13所示，根據(jù)第六實施例的顯示設(shè)備610包括光生成器410， 用于生成包含圖像的波長為A的光415;以及所述光415以入射角e投射至 其上的反射屏幕510。光生成器410示范性地包括光源411，用于生成波 長為義的光412;反射鏡420以及圖像屏幕430。圖像屏幕430用作用于光 412的光閥(light shutter),并且可示范性地由液晶顯示面板制成。光源411 可示范性地基于各種固態(tài)激光器、氣體激光器以及半導(dǎo)體激光器中的任意 一種。通過適當(dāng)?shù)剡x擇光源4U能夠設(shè)定所需波長;i。除了以上描述的結(jié)構(gòu) 之外，光生成器410可基于諸如具有背光的液晶顯示面板、光源和MEMS (微機電系統(tǒng))掃描器的組合以及光源和掃描鏡組合的各種結(jié)構(gòu)中的任意 一種。
光415通過用于調(diào)整光束的透鏡440，并從反射屏幕510反射，到達觀 察者470。觀察者470能夠觀察到在反射屏幕510上形成的圖像480(虛像)。 例如，反射屏幕510附著于例如汽車等的擋風(fēng)玻璃(窗口) 490的內(nèi)側(cè)(車 內(nèi)側(cè))。這里，反射屏幕510是透射以及反射的，并且觀察者470能夠通過 反射屏幕510同時觀察到車外的背景圖像和基于光415的圖像信息的圖像 480。應(yīng)該注意，如有需要可以設(shè)置透鏡440。此外，作為替代結(jié)構(gòu)，可以 省略反射鏡420，并且光412可以直接入射到圖像屏幕430上。因此，可以 使用各種光學(xué)布局。
在本實施例的顯示設(shè)備610中，那些與圖1中示出的反射屏幕10等效 者可用作反射屏幕510。
圖14所示為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖14所示，在根據(jù)第六實施例的顯示設(shè)備610中，反射屏幕510包 括具有第一折射率r^的襯底110。此外，將周期性膜120設(shè)置于襯底110 的主表面111上。周期性膜120用作周期性結(jié)構(gòu)129。周期性膜120具有大 于第一折射率n,的第二折射率n2，并包括周期為A的規(guī)律性波紋，對于等 效折射率N和波長;i而言，所述周期A等于;i /(JV + sin 0或A /(W - sin 0 。例如， 如果襯底110的折射率(第一折射率)n,為1.45，周期性膜120的折射率 (第二折射率)112為1.9，并且周期性膜120的厚度t為180nm，則通過等 式(1)確定的等效折射率N為1.49。
例如，在具有設(shè)定為45度的入射角的顯示設(shè)備中，如果光415的波長;i為530nm (綠光)，則能夠?qū)⒅芷贏設(shè)定為0.24pm或0.68^n。在這種情 況下，反射屏幕510反射波長為530nm的光415，而透射其他波長的光。
如果光415的波長A為630nm (紅光)，則能夠?qū)⒅芷贏設(shè)定為0.29pm 或0.81pm。在這種情況下，反射屏幕510反射波長為630nm的光，而透射 其他波長的光。
如果光415的波長A為450nm (藍光)，則能夠?qū)⒅芷贏設(shè)定為0.21pm 或0.58pm。在這種情況下，反射屏幕510反射波長;i為450nm的光，而透 射其他波長的光。
在上述情況中，如前面所述，反射屏幕510表現(xiàn)出非常高的波長選擇 性的反射特性，其中波長寬度A;i大約為10nm。
盡管在以上所述示例中入射角0是45度，但是不限于此。周期性膜120 的波紋的周期A可以設(shè)定為;i/(iV + sii^)或義/(W-sin。。在這些情況中，反射 屏幕510表現(xiàn)出非常高的波長選擇性的反射特性，其中波長寬度A;i大約為 lOnm。
因此，在本實施例的顯示設(shè)備中，將包括圖像信息的波長為義的光415 以入射角e投射到反射屏幕510上。反射屏幕510包括具有第一折射率n, 的襯底110和具有第二折射率ri2的周期性膜120，所述第二折射率n2大于 所述第一折射率n,。周期性膜120包括周期為A的規(guī)律性波紋，對于等效
折射率N和波長;i而言，所述周期A等于;i/(w+sine)或;i/(w-sine)。因此， 以入射角e入射的波長為;i的光415被反射而沒有實質(zhì)的損失，而其他波長
的光在透射率上沒有實質(zhì)減小。因而，本實施例提供在保持高透射率的同 時實現(xiàn)高反射率的高可視顯示。因此，本實施例能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率 的同時實現(xiàn)高反射率的汽車，從而使得能夠安全行駛。
第七實施例
接下來，將描述本發(fā)明的第七實施例的顯示設(shè)備。第七實施例的顯示
設(shè)備是基于具有圖12中示出的兩層結(jié)構(gòu)的反射屏幕的示例。
,. 圖15所示為根據(jù)本發(fā)明第七實施例的顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖15所示，根據(jù)第七實施例的顯示設(shè)備620包括光生成器410， 用于生成包括圖像的光415;以及光415以入射角P投射至其上的反射屏幕520。
光生成器410包括第一光源416，用于生成具有第一波長A的第一光 416b;以及第一光入射到其上的第一圖像屏幕416a。此外，光生成器410 包括第二光源，用于生成具有第二波長^的第二光417b，以及第二光入射 到其上的第二圖像屏幕417a。光生成器410還包括半反半透鏡(half mirror) 418，第一光416b和第二光417b通過所述半反半透鏡418組合為包括圖像、 由兩個波長A和;^組成的光415。利用凹鏡421，光415作為入射光181以 入射角^入射到反射屏幕520上，并在反射屏幕520處發(fā)生反射，反射光 182到達觀察者470。應(yīng)注意，上述光學(xué)系統(tǒng)可基于各種結(jié)構(gòu)中的任意一個。
在上述顯示設(shè)備620中，通過適當(dāng)?shù)剡x擇光源能夠設(shè)定所需的波長;i。 在本實施例中，第一光源416和第二光源417可示范性地基于半導(dǎo)體激光 器。此外，第一波長A可為635nm (紅光)，而第二波長^可為490nm (藍 綠光)。也就是說，光波長的數(shù)目k是兩個，光生成器410生成兩個光波長， 即，具有第一波長^ (635nm)的第一光416b和具有第二波長;12 (490nm) 的第二光417b，這兩個波長在顏色混合時產(chǎn)生非彩色。第一光416b和第二 光417b組合成光415。
在圖15示出的顯示設(shè)備620中，反射屏幕520包括具有第一折射率m 的襯底110。此外，第一周期性膜120設(shè)置于襯底110的主表面111上。第 一周期性膜120具有第二折射率n2,所述第二折射率n2大于第一折射率m， 并且包括周期為A,的規(guī)律性波紋,對于第一等效折射率Ni和第一波長;^而 言，所述周期A!等于VW+sin60或VW-sin^。此外，具有折射率的 第一低折射率層150設(shè)置于第一周期性膜120上。另外，第二周期性膜220 設(shè)置于第一低折射率層150上。第二周期性膜220具有大于所述第一折射 率 和所述折射率nil的第三折射率n3，并且包括周期為A2的規(guī)律性波紋， 對于第二等效折射率N2和第二波長^而言，所述周期A2等于^/(W +Sin^ 或^/(iV2-sin0)。此外，具有折射率ni2的第二低折射率層250設(shè)置于第二 周期性膜220上。
例如，如果襯底110的折射率(第一折射率) 為1.45，第一周期性 膜120的折射率(第二折射率)112為1.9，第一周期性膜120的第一厚度t
為180nm，以及第一低折射率層150的折射率nu為1.45，則對于TE偏振(電場向量垂直于頁面)通過等式(1)確定的第一等效折射率N,為1.69。 另一方面，對于TM偏振(電場向量平行于頁面)，第一等效折射率Ni為 1.61。此外，如果第二周期性膜220的折射率(第三折射率)113為1.9，周 期性膜220的第二厚度t2為180nm，以及第二低折射率層250的折射率ni2 為1.45，則對于TE偏振通過等式(1)確定的第二等效折射率N2是1.69， 對于TM偏振的第二等效折射率N2是1.61 。
例如，在入射角^設(shè)定為45度的顯示設(shè)備620中，在光以TE偏振入 射的情況下，如果第一波長4為635nm (紅光)，則第一周期性膜120的周 期Ai可設(shè)定為265nm或646nm。如果第二波長^為490nm (藍綠色光)， 則第二周期性膜220的周期A2可設(shè)定為205nm或500nm。在光以TM偏振 入射的情況下，如果第一波長^為635nm (紅光)，則第一周期性膜120的 周期A！可設(shè)定為274nm或703nm。如果第二波長;12為490nm (藍綠色光)， 則第二周期性膜220的周期A2可設(shè)定為211nm或543nm。應(yīng)該注意第一周 期性膜120和第二周期性膜220構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)129。
包括由這兩個周期性膜120、 220的疊置層的反射屏幕520僅反射第一 波長^ (635nm)和第二波長義2 (490nm)，而透射其他波長的光。如前面 所述，及射屏幕520表現(xiàn)出了非常高的波長選擇性的反射特性，其中波長 寬度A義大約為10nm。
盡管在以上所述的示例中入射角^是45度，但不限于此。第一周期性 膜120的波紋的周期A!可以設(shè)定為VW+sir^)或VW-sin。，并且第二 周期性膜220的波紋的周期八2可以設(shè)定為;12/(^2+^0或;12/(^2—sine)。在
這些情況下，反射屏幕表現(xiàn)了非常高的波長選擇性的反射特性，其中波長 寬度A義大約為10nm。
因此，反射屏幕520包括疊置的第一周期性膜120和第二周期性膜220， 所述第一周期性膜120具有周期為Ai的規(guī)律性波紋，所述周期Ai對于第 一波長4等于A/(M +^0或;11/(^1 -si"),所述第二周期性膜220具有周期 為八2的規(guī)律性波紋，所述周期A2對于第二波長^等于;^/(^+sii^)或 ;L2/(iV2-Sin。。因此，以入射角e入射的第一波長A和第二波長^的光415
被反射而沒有實質(zhì)的損失，而其他波長的光在透射率上沒有實質(zhì)的減小。 此外，選擇第一波長A和第二波長^以在顏色混合時產(chǎn)生非彩色。因而，本實施例提供在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的高可視顏色顯示。因 此，本實施例能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的汽車，從而 使得能夠安全行駛。
以上所述示例基于兩個波長(光的種類的數(shù)目k為2)的情況。然而，
波長數(shù)目(k)能夠為3或更多。然后，反射屏幕配置成包括k個周期性膜 的疊置層。每個疊置層包括周期為Ak的規(guī)律性波紋，對于波長4而言，所 述的周期Ak等于^/(A+sin60或A/(^-sin。。因而，本實施例提供在保持 高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的高可視顏色顯示。因此，本實施例能夠?qū)?現(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的汽車，從而使得能夠安全行駛。 上述實施例的顯示設(shè)備的反射屏幕能夠示范性地附著于汽車擋風(fēng)玻璃 (窗口)。因此，在擋風(fēng)玻璃(窗口)上能夠同時顯示和觀察到汽車擋風(fēng)玻 璃(窗口)外面的背景場的圖像信息和各種交通信息。
圖16所示為基于本發(fā)明實施例的反射屏幕和顯示設(shè)備的移動裝置的示 意圖。
如圖16所示，例如，反射屏幕530設(shè)置于本發(fā)明第八實施例的各種移 動裝置710的窗口491，該移動裝置710例如為汽車、火車、輪船、直升機 以及飛機。該屏幕可以是本發(fā)明的這些實施例的反射屏幕。能夠使用本發(fā) 明的這些實施例的顯示設(shè)備，使得光415入射到反射屏幕530上以投影圖 像至其上。因而，本實施例提供在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反射率的高 可視顏色顯示。因此，本實施例能夠?qū)崿F(xiàn)在保持高透射率的同時實現(xiàn)高反 射率的移動裝置，從而使得能夠安全行駛。例如，反射屏幕530可設(shè)置于 具有平面或彎曲形狀的玻璃或任意各種樹脂板上，所述玻璃或樹脂板構(gòu)成 例如移動裝置的窗口491。然而，反射屏幕530還可以設(shè)置在除了窗口491 之外的適當(dāng)?shù)耐该靼鍫罨蚱瑺钜r底上。
在本實施例的反射屏幕中，襯底110、低折射率層150、 250、 350以及 上層140能夠示范性地由任意各種丙烯酸樹脂制成，例如壬基苯氧基聚乙 二醇丙烯酸酉旨(nonylphenoxypolyethleneglycol acrylate)、壬二醇二丙烯酸酯 (nonanediol diacrylate)、聚丙二醇丙火希酸酉旨(polypropyleneglycol acrylate)、 雙環(huán)戊烯基氧乙基甲基丙烯酸酯(dicyclopentenyloxyethyl methacrylate)、 丙烯酸雙環(huán)戊烯基氧化乙酯(dicyclopentenyloxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸三環(huán)癸-8-基酯(dicyclopentanylmethacrylate)、五甲基哌啶基甲基 丙烯酸酯(pentamethylpiperidyl methaciylate)以及改性的雙酚二甲基丙烯 酸酯(modifiedbisphenoldimethacrylate)。此外，可以使用諸如聚碳酸酯、 聚酯以及氟碳樹脂的各種其他樹脂。另外，還可以使用諸如多孔硅和玻璃 的主要無機材料。
周期性膜120、 220、 320可以是示范性地由Ti02 (折射率2.3)、 Zr02 (折射率2.0)、 ITO (折射率1.85)、 Hf02 (折射率1.95)或Ta205 (折射率 2.1)制成的高折射率薄膜，通過光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)對所述薄膜進行構(gòu)圖。 例如，將上述材料的細顆?；旌系焦饷魳渲?，所述光敏樹脂能夠通過輻 射具有小周期的衍射光進行固化和構(gòu)圖
在上述示出的結(jié)構(gòu)中，周期性膜的波紋121的突出部123和凹槽124 的寬度相等。然而，本發(fā)明不限于此，而是突出部123和凹槽124之間的 寬度比是任意的。此外，在以上所述中，示出了具有矩形波紋的結(jié)構(gòu)。但 是，本發(fā)明不限于此，而是能夠使用諸如正弦和三角形的各種形狀的波紋。 此外，在如圖1B所示的波紋121中，周期波紋(峰和谷)沿著一個方向(一 維)延伸。然而，本發(fā)明不限于此，而是波紋可以在平面(二維)結(jié)構(gòu)中 排列。對于任意的這樣的各種波紋確定等效折射率N，并且基于該等效折 射率N可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定周期性結(jié)構(gòu)的周期A 。
已經(jīng)參考范例對本發(fā)明的實施例進行了描述。然而，本發(fā)明不限于這 些示例。例如，只要本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從通常已知的結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)剡x擇 這些結(jié)構(gòu)類似地實施本發(fā)明并實現(xiàn)類似的效果，那么構(gòu)成反射屏幕、顯示 設(shè)備以及移動裝置的組件的特定結(jié)構(gòu)就包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，只要技術(shù)上可行就可將這些示例的任意兩個或多個組件進行組 合，且只要它們落入本發(fā)明原理內(nèi)，這些組合同樣包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠適當(dāng)?shù)匦薷暮蛯崿F(xiàn)在上述的本發(fā)明的實施 例中描述的反射屏幕、顯示設(shè)備以及移動裝置，并且只要它們落入本發(fā)明 的原理內(nèi)，任意修改的反射屏幕、顯示設(shè)備以及移動裝置同樣包含在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
此外，在本發(fā)明的原理內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)想各種修改和變型， 并且應(yīng)理解這些修改和變型同樣包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種反射屏幕，包括襯底，具有第一折射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并且包括周期性膜，所述周期性膜具有周期∧并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折射率大于所述第一折射率，所述周期∧不小于400/(N+1)納米并且不大于680/(N-1)納米，所述N為所述周期性膜的等效折射率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述周期A是0.29微米和0.81 微米的其中之一。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述周期A是0.24微米和0.68 微米的其中之一。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述周期A是0.21微米和0.58 微米的其中之一。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，還包括保護層，設(shè)置于所述周期性膜的與所述襯底相反的一側(cè)上并且保護所 述周期性膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，還包括低折射率層，設(shè)置于所述周期性膜的與所述襯底相反的一側(cè)上并且具 有小于所述第二折射率的折射率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中對于在顏色混合時產(chǎn)生非彩色的 k個光波長^，所述周期性結(jié)構(gòu)包括k個周期性膜的疊置層，每個周期性膜 具有與所述波長^相關(guān)聯(lián)的等效折射率Nk，并且具有規(guī)律性周期Ak，所述周期Ak不小于4/(W +1)并且不大于&/(( -i)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的屏幕，還包括低折射率層，設(shè)置于所述k個周期性膜中至少一個周期性膜的與所述 襯底相反的一側(cè)上，并且具有小于所述周期性膜的所述折射率的折射率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述周期性結(jié)構(gòu)包括由具有第一周期Ai的第一周期性膜和具有第二周期A2的第二周期性膜構(gòu)成的疊置膜，所述第一周期A,是0.42微米，并且 所述第二周期A2是0.33微米。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏幕，其中所述的周期性結(jié)構(gòu)包括由具有第一周期A,的第一周期性膜、具有第二周期A2的第二周期性膜以及具有第三周期A3的第三周期性膜構(gòu)成的疊置膜，所述第一周期Ai是0.29微米和0.81微米的其中之一， 所述第二周期A2是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且 所述第三周期A3是0.21微米和0.58微米的其中之一。
11、 一種顯示設(shè)備，包括光生成器，配置為生成包括圖像信息的波長為;i的光；以及反射屏幕，所述光以入射角0投射到所述反射屏幕上， 所述反射屏幕包括-襯底，具有第一折射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并且包括周期性膜，所 述周期性膜具有周期A并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折射 率大于所述第一折射率，并且所述周期A是;t/(iV + sii^)或;L/(W-sin。，所述N為所述周期性膜的等 效折射率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述周期A是0.29微米和0.81微米的其中之一。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述周期A是0.24微米和0.68微米的其中之一。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述周期A是0.21微米和0.58微米的其中之一。
15、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備，其中所述周期性結(jié)構(gòu)包括由具有第一周期A,的第一周期性膜和具有第二周期A2的第二周期性膜構(gòu)成的疊置膜，所述第一周期Ai是0.42微米，并且 所述第二周期A2是0.33微米。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述的周期性結(jié)構(gòu)包括由具有第一周期A,的第一周期性膜、具有第二 周期八2的第二周期性膜以及具有第三周期A3的第三周期性膜構(gòu)成的疊置 膜，所述第一周期A i是0.29微米和0.81微米的其中之一， 所述第二周期A2是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且 所述第三周期A3是0.21微米和0.58微米的其中之一。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述光生成器生成各自具有波長A的k種光，該k種光在顏色混合時 產(chǎn)生非彩色，并且所述周期性結(jié)構(gòu)包括k個周期性膜的疊置層，每個所述周期性膜具有 與波長人相關(guān)聯(lián)的等效折射率Nk，并且具有規(guī)律性周期Ak，所述周期Ak 為4 + sin 0)或& /(iV* — sin 0)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中 所述k為2，并且所述波長&是620-650納米，而波長義2是470-510納米。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中 所述k為2，所述波長&是620-650納米，而波長義2是470-510納米，并且 所述第一周期性膜的所述周期A,是810納米或290納米，而所述第二 周期性膜的所述周期八2是580納米或210納米。
20、 一種移動裝置，包括 顯示設(shè)備，包括光生成器，配置為生成包括圖像信息的波長為;i的光；以及反射屏幕，所述光以入射角^投射到所述反射屏幕上， 所述反射屏幕包括襯底，具有第一折射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并且包括周期性膜， 所述周期性膜具有周期A并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折 射率大于所述第一折射率，并且所述周期A是;i/(W + sii^)或MW-sin^，所述N為所述周期性膜 的等效折射率；以及窗口，所述反射屏幕附著于所述窗口。
全文摘要
一種反射屏幕，包括襯底，具有第一折射率；以及周期性結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述襯底的主表面上并包括周期性膜，所述周期性膜具有周期∧并且由具有第二折射率的材料制成，所述第二折射率大于所述第一折射率。所述周期∧不小于400/(N+1)nm并且不大于680/(N-1)nm，其中N是所述周期的等效折射率。
文檔編號G02B5/32GK101546108SQ200910130158
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者佐佐木隆, 岡田直忠, 堀內(nèi)一男, 奧村治彥 申請人:株式會社東芝