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波長(zhǎng)板、發(fā)光元件和使用該發(fā)光元件的圖像顯示裝置的制作方法

文檔序號(hào):2681759閱讀:169來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:波長(zhǎng)板、發(fā)光元件和使用該發(fā)光元件的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種發(fā)射線偏振光的發(fā)光元件,和一種使用該發(fā)光元件的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)
已經(jīng)提供了使用發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光元件的圖像顯示裝置。這種類型的圖像顯示裝置被構(gòu)造為包括用于分別地發(fā)射紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)顏色的光的多個(gè)LED ;來(lái)自該多個(gè)LED的光進(jìn)入其中的照明光學(xué)系統(tǒng);包括液晶顯示器面板的光閥,來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)的光進(jìn)入液晶顯示器面板中;用于合成來(lái)自光閥的、具有分別的顏色的光的顏色合成棱鏡;和用于將來(lái)自顏色合成棱鏡的光投影到投影屏幕上的投影光學(xué)系統(tǒng)。
在如此構(gòu)造的圖像顯示裝置中,為了增加投影圖像的亮度,要求在從發(fā)光元件到投影光學(xué)系統(tǒng)的光路中盡可能地防止光損失。在前述構(gòu)件中,液晶顯示器面板和顏色合成棱鏡是偏振依賴的。因此,為了實(shí)現(xiàn)高效率的光學(xué)系統(tǒng),發(fā)光元件最好是發(fā)射線偏振光。可以采用包括偏振器、波長(zhǎng)板和反射層的發(fā)光元件作為用于發(fā)射線偏振光的發(fā)光元件。作為包括偏振器、波長(zhǎng)板和反射層的發(fā)光兀件,存在這樣一種兀件,該兀件使被偏振器反射的光經(jīng)由波長(zhǎng)板在反射層上反射,并且再次經(jīng)由波長(zhǎng)板改變偏振方向以使該光進(jìn)入偏振器中;和這樣一種兀件,該兀件使光進(jìn)入第一和第二偏振器中,相互正交的偏振光通過(guò)該第一和第二偏振器,該元件利用波長(zhǎng)板向通過(guò)偏振器之一的光提供相位差以改變偏振方向,并且相應(yīng)地將通過(guò)第一和第二偏振器的光作為在偏振方向上變得一致的線偏振光發(fā)射。在如此構(gòu)造的發(fā)光元件中,用于改變偏振方向的波長(zhǎng)板是重要的。通常,波長(zhǎng)板具有窄的入射角容許范圍以用作波長(zhǎng)板,并且因此加寬波長(zhǎng)的入射角容許范圍是用于提高發(fā)光元件的性能的重要因素之一。為了提出一種能夠以低成本工業(yè)制造并且呈現(xiàn)具有在平面內(nèi)的光軸的、大的雙折射并且允許具有小的光路長(zhǎng)度的、大的開(kāi)口面積的雙折射元件,專利文獻(xiàn)I(JP2001-51122A)公開(kāi)了一種周期結(jié)構(gòu),該周期結(jié)構(gòu)是包括在三維正交坐標(biāo)x、y和z中的折射率不同的兩個(gè)或者更多類型的透明部件的z軸方向多層結(jié)構(gòu)作為用于每一個(gè)透明部件的堆疊單元的層的形狀在X軸方向上具有周期性的凹形-凸形結(jié)構(gòu),并且在I軸方向上具有一樣的或者比X軸方向上的大的長(zhǎng)度的周期性的、或者非周期性的凹形-凸形結(jié)構(gòu),并且通過(guò)以比在z方向上的第一布拉格條件短的每一個(gè)周期重復(fù)該形狀而在z軸方向上堆疊層。通過(guò)使得光相對(duì)于xy表面垂直地或者傾斜地進(jìn)入這個(gè)周期結(jié)構(gòu),并且在具有在X方向上的電場(chǎng)分量的偏振波和具有在y方向的電場(chǎng)分量的偏振波之間提供相位差,將該周期結(jié)構(gòu)用作相位板。為了擴(kuò)展偏振分離元件的操作帶并且增加入射角容差,專利文獻(xiàn)2(W02004-113974A1)公開(kāi)了一種關(guān)于在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的構(gòu)造逐漸地改變?cè)趜方向上的堆疊周期的構(gòu)造。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP2001-51122A專利文獻(xiàn)2 W02004-113974A
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題根據(jù)在專利文獻(xiàn)2中描述的發(fā)明,在z方向上的堆疊周期逐漸地改變。然而,因?yàn)?用于使用波長(zhǎng)的堆疊周期被用作偏振分離元件,所以堆疊周期被限定為位于與凹形-凸形結(jié)構(gòu)的縱向方向平行的偏振光(TE偏振光)的帶隙中,并且位于用于與凹形-凸形結(jié)構(gòu)的縱向方向垂直的偏振光(TM偏振光)的帶中。結(jié)果,該堆疊結(jié)構(gòu)不能被用作波長(zhǎng)板。本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高入射角容差的波長(zhǎng)板、一種能夠在寬角度范圍內(nèi)發(fā)射線偏振光的發(fā)光元件,和一種能夠?qū)崿F(xiàn)高的光使用效率的圖像顯示裝置。解決問(wèn)題的方案根據(jù)本發(fā)明,一種波長(zhǎng)版,其中高折射率層和低折射率層被交替地堆疊,每一個(gè)層在平面內(nèi)在一個(gè)方向上具有周期等于或者短于波長(zhǎng)的凹形-凸形結(jié)構(gòu),該波長(zhǎng)板包括作為在高折射率層和低折射率層的厚度方向上的周期的,第一周期,該第一周期被限定為使得使用波長(zhǎng)能夠?qū)儆诠庾訋ЫY(jié)構(gòu)(photonicband structure)的第一帶;和第二周期,該第二周期被限定為使得所述使用波長(zhǎng)能夠?qū)儆诒裙庾訋ЫY(jié)構(gòu)的第二帶的中心波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)。根據(jù)本發(fā)明,一種具有前述波長(zhǎng)板的發(fā)光元件包括發(fā)光層,所述發(fā)光層用于發(fā)射光;偏振器和波長(zhǎng)板,所述偏振器和波長(zhǎng)板關(guān)于發(fā)光層被布置于出射面?zhèn)壬希缓头瓷鋵?,所述反射層關(guān)于發(fā)光層被設(shè)置在與出射面相反的側(cè)上。根據(jù)本發(fā)明,一種圖像顯示裝置使用具有前述構(gòu)造的發(fā)光元件。本發(fā)明的效果在如上所述地構(gòu)造的波長(zhǎng)板中,能夠增加入射角容差。因此,使用這個(gè)波長(zhǎng)板的發(fā)光元件能夠在寬角度范圍內(nèi)發(fā)射線偏振光,并且使用這個(gè)發(fā)光元件的圖像顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高的光使用效率。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明[圖I]示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波長(zhǎng)板的構(gòu)造的透視圖。[圖2]圖2A示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例1-1中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu),并且圖2B示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例1-2中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu)。[圖3]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例1-1中的入射角依賴性的視圖圖3A示出在X-Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖3B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖4]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例1-2中的入射角依賴性的視圖圖4A示出在X_Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖4B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖5]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例1-3中的入射角依賴性的視圖圖5A示出在X-Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖5B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性 。[圖6]示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的波長(zhǎng)板的構(gòu)造的透視圖。[圖7]圖7A示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例2-1中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu),并且圖7B示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例2-2中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu)。[圖8]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例2-1中的入射角依賴性的視圖圖8A示出在X_Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖8B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖9]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例2-2中的入射角依賴性的視圖圖9A示出在X_Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖9B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[

圖10]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例2-3中的入射角依賴性的視圖圖IOA示出在X_Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖IOB示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖11]示出在波長(zhǎng)板的凹形-凸形結(jié)構(gòu)和偏振方向之間的關(guān)系的視圖。[圖12]示出在垂直入射期間在光子帶結(jié)構(gòu)中的歸一化角頻率和歸一化波數(shù)之間的關(guān)系的視圖。[圖13]示出當(dāng)入射角改變時(shí)在光子帶結(jié)構(gòu)中的歸一化角頻率和歸一化波數(shù)之間的關(guān)系的視圖圖13A示出對(duì)于P偏振光的關(guān)系,并且圖13B示出對(duì)于S偏振光的關(guān)系。[圖14]示出當(dāng)入射角改變時(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)例1-1和2-1中在光子帶結(jié)構(gòu)中的歸一化角頻率和歸一化波數(shù)之間的關(guān)系的視圖圖14A示出在X-Z平面內(nèi)的關(guān)系,并且圖14B示出在平面Y-Z內(nèi)的關(guān)系。[圖15]示出當(dāng)入射角改變時(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)例1-2和2-2中在光子帶結(jié)構(gòu)中的歸一化角頻率和歸一化波數(shù)之間的關(guān)系的視圖圖15A示出在X-Z平面內(nèi)的關(guān)系,并且圖15B示出在平面Y-Z內(nèi)的關(guān)系。[圖16]圖16A示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例1_4中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu),并且圖16B示出對(duì)于在設(shè)計(jì)實(shí)例1-5中的垂直入射的光子帶結(jié)構(gòu)。[圖17]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例1-4中的入射角依賴性的視圖圖17A示出在X-Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖17B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖18]示出在設(shè)計(jì)實(shí)例1-5中的入射角依賴性的視圖圖18A示出在X-Z平面內(nèi)的入射角依賴性,并且圖18B示出在Y-Z平面內(nèi)的入射角依賴性。[圖19]示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光元件的構(gòu)造的透視圖。[圖20]示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的發(fā)光元件的構(gòu)造的透視圖。[圖21]示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、使用本發(fā)明的發(fā)光元件的圖像顯示裝置的構(gòu)造的框圖。[圖22]示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的、使用本發(fā)明的發(fā)光元件的圖像顯示裝置的構(gòu)造的框圖。[圖23]示出根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的、使用的本發(fā)明的發(fā)光元件的圖像顯示裝置的構(gòu)造的框圖。[圖24]示出圖21所示圖像顯示裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造的視圖。[圖25]示出圖22所示圖像顯示裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造的視圖。
[圖26]示出圖23所示圖像顯示裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造的視圖。
具體實(shí)施例方式在下文中,將參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波長(zhǎng)板的構(gòu)造的透視圖。通過(guò)在基板101上交替地堆疊高折射率層102和低折射率層103來(lái)構(gòu)造根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的波長(zhǎng)板100。在基板101上,形成在Y方向上均勻但是在與Y方向正交的X方向上具有150納米的周期的凹形和凸形部分。在具有在其上形成這種凹形和凸形部分的基板101上堆疊了Nb2O5的高折射率層102和SiO2的低折射率層103。如所示的,這些層中的每一個(gè)均被形成為在基板101的凸形中心被設(shè)定為高度頂點(diǎn)的情況下被周期地彎曲的形狀。
以下表格示出在作為對(duì)照實(shí)例的設(shè)計(jì)實(shí)例1-1和1-2和作為實(shí)例的設(shè)計(jì)實(shí)例1-3中,堆疊的高折射率層102和低折射率層103的數(shù)目和厚度。這些實(shí)例是1/2波長(zhǎng)板的設(shè)計(jì)實(shí)例。[表格I]設(shè)計(jì)實(shí)例1-權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)板,在所述波長(zhǎng)板中,高折射率層和低折射率層被交替地堆疊,每一個(gè)層在平面內(nèi)在一個(gè)方向上具有周期等于或者短于波長(zhǎng)的凹形-凸形結(jié)構(gòu),所述波長(zhǎng)板包括作為在所述高折射率層和所述低折射率層的厚度方向的周期的,第一周期,所述第一周期被限定為使得使用波長(zhǎng)能夠?qū)儆诠庾訋ЫY(jié)構(gòu)的第一帶;和第二周期,所述第二周期被限定為使得所述使用波長(zhǎng)能夠?qū)儆诒人龉庾訋ЫY(jié)構(gòu)的第二帶的中心波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)。
2.一種具有根據(jù)權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)板的發(fā)光元件,包括發(fā)光層,所述發(fā)光層用于發(fā)射光;偏振器和所述波長(zhǎng)板,所述偏振器和所述波長(zhǎng)板關(guān)于所述發(fā)光層被布置于出射面?zhèn)壬?;和反射層,所述反射層關(guān)于所述發(fā)光層被設(shè)置在與所述出射面相反的側(cè)上。
3.一種使用根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件的圖像顯示裝置。
全文摘要
公開(kāi)了一種其中能夠增加允許的入射角的波長(zhǎng)板。這個(gè)波長(zhǎng)板具有其中高折射率層和低折射率層被交替地堆疊的結(jié)構(gòu),這些層在一個(gè)面內(nèi)方向上具有周期不大于波長(zhǎng)的周期性的凹形/凸形結(jié)構(gòu)。在高折射率層和低折射率層的厚度方向上的周期包括第一周期和第二周期,該第一周期被確定為使得所采用的波長(zhǎng)屬于光子帶結(jié)構(gòu)的第一帶,該第二周期被確定為使得所采用的波長(zhǎng)屬于比光子帶結(jié)構(gòu)的第二帶的中央波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的范圍。
文檔編號(hào)G02F1/13363GK102933991SQ20118001343
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者片山龍一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社
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