专利名称：波长板、发光元件和使用该发光元件的图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发射线偏振光的发光元件，和一种使用该发光元件的图像显示装置。
背景技术：
已经提供了使用发光二极管(LED)作为发光元件的图像显示装置。这种类型的图像显示装置被构造为包括用于分别地发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)颜色的光的多个LED ;来自该多个LED的光进入其中的照明光学系统；包括液晶显示器面板的光阀，来自照明光学系统的光进入液晶显示器面板中；用于合成来自光阀的、具有分别的颜色的光的颜色合成棱镜；和用于将来自颜色合成棱镜的光投影到投影屏幕上的投影光学系统。
在如此构造的图像显示装置中，为了增加投影图像的亮度，要求在从发光元件到投影光学系统的光路中尽可能地防止光损失。在前述构件中，液晶显示器面板和颜色合成棱镜是偏振依赖的。因此，为了实现高效率的光学系统，发光元件最好是发射线偏振光。可以采用包括偏振器、波长板和反射层的发光元件作为用于发射线偏振光的发光元件。作为包括偏振器、波长板和反射层的发光兀件，存在这样一种兀件，该兀件使被偏振器反射的光经由波长板在反射层上反射，并且再次经由波长板改变偏振方向以使该光进入偏振器中；和这样一种兀件，该兀件使光进入第一和第二偏振器中，相互正交的偏振光通过该第一和第二偏振器，该元件利用波长板向通过偏振器之一的光提供相位差以改变偏振方向，并且相应地将通过第一和第二偏振器的光作为在偏振方向上变得一致的线偏振光发射。在如此构造的发光元件中，用于改变偏振方向的波长板是重要的。通常，波长板具有窄的入射角容许范围以用作波长板，并且因此加宽波长的入射角容许范围是用于提高发光元件的性能的重要因素之一。为了提出一种能够以低成本工业制造并且呈现具有在平面内的光轴的、大的双折射并且允许具有小的光路长度的、大的开口面积的双折射元件，专利文献I(JP2001-51122A)公开了一种周期结构，该周期结构是包括在三维正交坐标x、y和z中的折射率不同的两个或者更多类型的透明部件的z轴方向多层结构作为用于每一个透明部件的堆叠单元的层的形状在X轴方向上具有周期性的凹形-凸形结构，并且在I轴方向上具有一样的或者比X轴方向上的大的长度的周期性的、或者非周期性的凹形-凸形结构，并且通过以比在z方向上的第一布拉格条件短的每一个周期重复该形状而在z轴方向上堆叠层。通过使得光相对于xy表面垂直地或者倾斜地进入这个周期结构，并且在具有在X方向上的电场分量的偏振波和具有在y方向的电场分量的偏振波之间提供相位差，将该周期结构用作相位板。为了扩展偏振分离元件的操作带并且增加入射角容差，专利文献2(W02004-113974A1)公开了一种关于在专利文献I中公开的构造逐渐地改变在z方向上的堆叠周期的构造。引用列表专利文献专利文献I JP2001-51122A专利文献2 W02004-113974A
发明内容
本发明所要解决的问题根据在专利文献2中描述的发明，在z方向上的堆叠周期逐渐地改变。然而，因为 用于使用波长的堆叠周期被用作偏振分离元件，所以堆叠周期被限定为位于与凹形-凸形结构的纵向方向平行的偏振光(TE偏振光)的带隙中，并且位于用于与凹形-凸形结构的纵向方向垂直的偏振光(TM偏振光)的带中。结果，该堆叠结构不能被用作波长板。本发明提供一种能够实现高入射角容差的波长板、一种能够在宽角度范围内发射线偏振光的发光元件，和一种能够实现高的光使用效率的图像显示装置。解决问题的方案根据本发明，一种波长版，其中高折射率层和低折射率层被交替地堆叠，每一个层在平面内在一个方向上具有周期等于或者短于波长的凹形-凸形结构，该波长板包括作为在高折射率层和低折射率层的厚度方向上的周期的，第一周期，该第一周期被限定为使得使用波长能够属于光子带结构(photonicband structure)的第一带；和第二周期，该第二周期被限定为使得所述使用波长能够属于比光子带结构的第二带的中心波长更长的波长侧。根据本发明，一种具有前述波长板的发光元件包括发光层，所述发光层用于发射光；偏振器和波长板，所述偏振器和波长板关于发光层被布置于出射面侧上；和反射层，所述反射层关于发光层被设置在与出射面相反的侧上。根据本发明，一种图像显示装置使用具有前述构造的发光元件。本发明的效果在如上所述地构造的波长板中，能够增加入射角容差。因此，使用这个波长板的发光元件能够在宽角度范围内发射线偏振光，并且使用这个发光元件的图像显示装置能够实现高的光使用效率。附图简要说明[图I]示出根据本发明的一个实施例的波长板的构造的透视图。[图2]图2A示出对于在设计实例1-1中的垂直入射的光子带结构，并且图2B示出对于在设计实例1-2中的垂直入射的光子带结构。[图3]示出在设计实例1-1中的入射角依赖性的视图图3A示出在X-Z平面内的入射角依赖性，并且图3B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图4]示出在设计实例1-2中的入射角依赖性的视图图4A示出在X_Z平面内的入射角依赖性，并且图4B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图5]示出在设计实例1-3中的入射角依赖性的视图图5A示出在X-Z平面内的入射角依赖性，并且图5B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性 。[图6]示出根据本发明的另一个实施例的波长板的构造的透视图。[图7]图7A示出对于在设计实例2-1中的垂直入射的光子带结构，并且图7B示出对于在设计实例2-2中的垂直入射的光子带结构。[图8]示出在设计实例2-1中的入射角依赖性的视图图8A示出在X_Z平面内的入射角依赖性，并且图8B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图9]示出在设计实例2-2中的入射角依赖性的视图图9A示出在X_Z平面内的入射角依赖性，并且图9B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[
图10]示出在设计实例2-3中的入射角依赖性的视图图IOA示出在X_Z平面内的入射角依赖性，并且图IOB示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图11]示出在波长板的凹形-凸形结构和偏振方向之间的关系的视图。[图12]示出在垂直入射期间在光子带结构中的归一化角频率和归一化波数之间的关系的视图。[图13]示出当入射角改变时在光子带结构中的归一化角频率和归一化波数之间的关系的视图图13A示出对于P偏振光的关系，并且图13B示出对于S偏振光的关系。[图14]示出当入射角改变时在设计实例1-1和2-1中在光子带结构中的归一化角频率和归一化波数之间的关系的视图图14A示出在X-Z平面内的关系，并且图14B示出在平面Y-Z内的关系。[图15]示出当入射角改变时在设计实例1-2和2-2中在光子带结构中的归一化角频率和归一化波数之间的关系的视图图15A示出在X-Z平面内的关系，并且图15B示出在平面Y-Z内的关系。[图16]图16A示出对于在设计实例1_4中的垂直入射的光子带结构，并且图16B示出对于在设计实例1-5中的垂直入射的光子带结构。[图17]示出在设计实例1-4中的入射角依赖性的视图图17A示出在X-Z平面内的入射角依赖性，并且图17B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图18]示出在设计实例1-5中的入射角依赖性的视图图18A示出在X-Z平面内的入射角依赖性，并且图18B示出在Y-Z平面内的入射角依赖性。[图19]示出根据本发明的一个实施例的发光元件的构造的透视图。[图20]示出根据另一个实施例的本发明的发光元件的构造的透视图。[图21]示出根据一个实施例的、使用本发明的发光元件的图像显示装置的构造的框图。[图22]示出根据另一个实施例的、使用本发明的发光元件的图像显示装置的构造的框图。[图23]示出根据又一个实施例的、使用的本发明的发光元件的图像显示装置的构造的框图。[图24]示出图21所示图像显示装置的驱动系统的构造的视图。[图25]示出图22所示图像显示装置的驱动系统的构造的视图。
[图26]示出图23所示图像显示装置的驱动系统的构造的视图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图描述本发明的具体实施例。图I是示出根据本发明的一个实施例的波长板的构造的透视图。通过在基板101上交替地堆叠高折射率层102和低折射率层103来构造根据这个实施例的波长板100。在基板101上，形成在Y方向上均匀但是在与Y方向正交的X方向上具有150纳米的周期的凹形和凸形部分。在具有在其上形成这种凹形和凸形部分的基板101上堆叠了Nb2O5的高折射率层102和SiO2的低折射率层103。如所示的，这些层中的每一个均被形成为在基板101的凸形中心被设定为高度顶点的情况下被周期地弯曲的形状。
以下表格示出在作为对照实例的设计实例1-1和1-2和作为实例的设计实例1-3中，堆叠的高折射率层102和低折射率层103的数目和厚度。这些实例是1/2波长板的设计实例。[表格I]设计实例1-权利要求
1.一种波长板，在所述波长板中，高折射率层和低折射率层被交替地堆叠，每一个层在平面内在一个方向上具有周期等于或者短于波长的凹形-凸形结构，所述波长板包括作为在所述高折射率层和所述低折射率层的厚度方向的周期的，第一周期，所述第一周期被限定为使得使用波长能够属于光子带结构的第一带；和第二周期，所述第二周期被限定为使得所述使用波长能够属于比所述光子带结构的第二带的中心波长更长的波长侧。
2.一种具有根据权利要求I所述的波长板的发光元件，包括发光层，所述发光层用于发射光；偏振器和所述波长板，所述偏振器和所述波长板关于所述发光层被布置于出射面侧上；和反射层，所述反射层关于所述发光层被设置在与所述出射面相反的侧上。
3.一种使用根据权利要求2所述的发光元件的图像显示装置。
全文摘要
公开了一种其中能够增加允许的入射角的波长板。这个波长板具有其中高折射率层和低折射率层被交替地堆叠的结构，这些层在一个面内方向上具有周期不大于波长的周期性的凹形/凸形结构。在高折射率层和低折射率层的厚度方向上的周期包括第一周期和第二周期，该第一周期被确定为使得所采用的波长属于光子带结构的第一带，该第二周期被确定为使得所采用的波长属于比光子带结构的第二带的中央波长更长的波长的范围。
文档编号G02F1/13363GK102933991SQ20118001343
公开日2013年2月13日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年4月6日
发明者片山龙一 申请人:日本电气株式会社