光源与投影型显示设备制造技术

提供了一种能够解决当随机偏振光被转换为特定偏振时光学扩展量增加的问题的光源。用作表面等离激元激发装置的凹凸结构形成在金属层(15)和第一覆盖层(14)之间的界面处，表面等离激元激发装置用于通过从发射层(13)入射在界面上的光中在垂直于第一方向的偏振方向上的特定偏振分量来激发表面等离激元。凹凸结构在第二方向上是周期的。凹凸结构的凸起(21A)沿第一方向延伸。光产生装置形成在金属层(15)与第二覆盖层(16)之间的界面处，用来根据通过表面等离激元激发装置由特定偏振分量激发的表面等离激元，从在金属层(15)和第一覆盖层(14)之间的界面处产生的表面等离激元产生具有与特定偏振分量相同的偏振分量的光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光源与投影型显示设备，更具体而言，涉及使用表面等离激元(surface plasmon)的光源与投影型显示设备。
技术介绍
近些年来，使用发光二极管(LED)作为光源的投影仪已引起关注。此类投影仪具有LED、从LED发射的光进入的照明光学系统、根据视频信号调制来自于照明光学系统的光并发射所调制的光的调制元件，以及将来自于调制元件的光投影到屏幕上的投影光学系统。关于上述投影仪，需要高效使用从光源发射的光作为投影光，以便增加投影图像的亮度。为了能够高效使用从光源发射的光作为投影光，需要将作为光源的光发射面积与辐射角的乘积而获得的光学扩展量(etendue)设置为小于或等于调制元件的光接收面积与由照明光学系统的F数确定的接收角度的乘积。在一些情况下，在上述投影仪中，使用具有偏振光依赖性的元件，例如液晶面板，作为调制元件。在这些情况中，由于从LED发射的光是随机偏振光，因此高效使用从光源发出的光作为投影光需要将随机偏振转换为特定偏振。关于将随机偏振转换为特定偏振的技术，存在专利文献I中描述的平面照明设备。该平面照明设备具有光导板、在光导板下方提供的阶梯微棱镜、在光导板上提供的偏振分离膜，以及在偏振分离膜上提供的上盖。偏振分离膜具有金属薄膜夹在第一低折射率透明介质与第二低折射率透明介质之间的结构。在上述平面照明设备中，来自于光源的光进入光导板并且穿过光导板传播，同时被微棱镜进行角度转换。当光由第一边界，即光导板与第一低折射率透明介质之间的边界，全反射时，在金属薄膜处由与反射同时产生的倏逝波激发表面等离激元。当表面等离激元在金属薄膜处被激发时，与表面等离激元的激发过程相反过程发生在第二边界，即第二低折射率透明介质和上盖之间的边界。光产生在第二边界处，并穿过上盖来发射。在撞击第一边界的光中激发等离激元的光仅仅是具有平行于第一边界的电场分量的TM偏振光。因为在第二边界处产生的光是通过与表面等离激元激发过程相反的过程来产生的，因此在第二边界处产生的光是TM偏振光，如同激发表面等离激元的光一样。因此，平面照明设备可以在发射光之前将随机偏振转换为特定偏振。专利文献专利文献I JP2OO3-295I83A
技术实现思路
技术问题在如专利文献I描述的平面照明设备中，光的角度转换由微棱镜完成。因此在光导板中的光向各种方向传播，并在各种方向上撞击第一边界。在这种情况下，在金属薄膜处生成在各种方向上传播的表面等离激元，并且在第二边界处产生的光也在各种方向上发射。其结果是，光学扩展量增加，并且从光源发射的光不能有效地用作投影光。本专利技术的目的是提供一种能够解决上述在将随机偏振转换为特定偏振时光学扩展量增加的问题的光源和投影型显示设备。问题的解决方案根据本专利技术，提供了一种光源，该光源包括发射层，以及在发射层上顺序堆叠的第一透明电介质层、金属层和第二透明电介质层，其中用作表面等离激元激发装置的凹凸结构形成在金属层和第一透明电介质层之间的界面处，该表面等离激元激发装置用于通过从发射层入射在界面上的光中在垂直于与界面共面的第一方向的偏振方向上的特定偏振分量来激发表面等离激元，该凹凸结构在界面中垂直于第一方向的第二方向上是周期的，凹凸结构的各个凸起沿第一方向延伸，并且其中，光产生装置形成在金属层与第二透明电介质层之间的界面处，用来根据通过表面等离激元激发装置由特定偏振分量激发的表面等离激元，从在金属层和第一透明电介质层之间的界面处产生的表面等离激元产生具有与特定偏振分量相同的偏振分量的光。根据本专利技术，还提供了一种投影型显示设备，该设备包括上述光源、根据视频信号调制来自光源的光并发出调制的光的调制元件，以及投影从调制元件发出的光的投影光学系统。专利技术的有益效果根据本专利技术，随机偏振可以转换为特定偏振，而并不增加光学扩展量。附图说明图1是示出本专利技术第一示例性实施例中的光源的立体图。图2是解释本专利技术第一示例性实施例中的光源操作的示意图。图3是示出第一衍射光栅的形状的截面图。图4是示出在表面等离激元和光中的色散关系的示例的示意图。图5是示出在表面等离激元和光中的色散关系的另一示例的示意图。图6是根据本专利技术第一示例性实施例的投影仪的构造示例的布局图。图7是根据本专利技术第一示例性实施例的投影仪的构造另一示例的布局图。图8是本专利技术第二示例性实施例中的光源的立体图。图9是本专利技术第三示例性实施例中的光源的立体图。图10是本专利技术第四示例性实施例中的光源的立体图。图11是本专利技术第五示例性实施例中的光源的立体图。图12是本专利技术第六示例性实施例中的光源的立体图。图13是本专利技术第七示例性实施例中的光源的立体图。具体实施例方式将参照附图描述本专利技术的示例性实施例。在下面的说明中，具有相同功能的组件由相同的附图标记表示，并在某些情况下会省略对它们的说明。[第一示例性实施例]图1是本专利技术第一示例性实施例中的光源的立体图。光源10具有按次序堆叠的子安装层11、漫射镜层12、发射层13、第一覆盖层14、金属层15和第二覆盖层16。由于在实际光源中的每个层厚度非常小，并且层在厚度上变化很大，难于按精确比例示出层。因此在图1中，层被示意性地图示而并没有按实际比例示出。此外，参照图1，与发射层13的上表面平行的平面假定为XY平面，并且垂直于XY平面的方向假定为Z方向。然后具有与Y方向垂直的偏振方向的线性偏振光假定为TM偏振光,而具有与Y方向平行的偏振方向的线性偏振光假定为TE偏振光。漫射镜层12漫射反射入射到其上的光。发射层13发射预定波长的光。更为具体地，发射层13具有从最低的位置顺序堆叠的作为P型半导体层的P型层13A、有源层13B、作为η型半导体层的η型半导体层13C。当从外部电源(未示出)将电压施加在P型层13Α与η型层13C之间以产生电流在其间流动时，根据该电流在有源层13Β中产生光。在有源层13Β中产生的光是随机偏振光。第一覆盖层14是由透明电介质形成的第一透明电介质层。来自发射层13的光在第一覆盖层14中传播。作为形成第一覆盖层14的材料的透明电介质的示例可以是透明的丙烯酸树脂，诸如聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)和玻璃。在下文中，假定玻璃被用作透明电介质。由诸如银(Ag)的金属形成金属层15。金属层15被提供在第一覆盖层14上并与其接触。在第一覆盖层14和金属层15之间的界面形成衍射光的第一衍射光栅21。第一衍射光栅21由在一维方向(以下简称为X方向)上周期性的凹凸结构形成。更为具体地，第一衍射光栅21通过在X方向(第二方向)上周期性地排列多个在Y方向(第一方向)上延伸的凸起21Α来形成。第一衍射光栅21用作表面等离激元激发装置，其用于通过在第一覆盖层14中传播的随机偏振光中以预定的入射角入射在金属层15上的TM偏振光在第一覆盖层14与金属层15之间激发表面等离激元。第二覆盖层16由与第一覆盖层14具有相同的介电常数的材料来形成。第二覆盖层16被提供在金属层15上并与其接触。在金属层15与第二覆盖层14之间的界面形成第二衍射光栅22。第二衍射光栅22具有与第一衍射光栅21相同的结构。也就是说，第二衍射光栅22具有与第一衍射光栅21的凸起21Α相同形状的凸起22Α。多个凸起22Α以与凸起21Α的排列相同的周期在X方向上排列。第二衍射光栅22用作光产生装置，用于从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.24 JP 2010-1871491.一种光源，包括: 发射层；以及 在所述发射层上顺序堆叠的第一透明电介质层、金属层和第二透明电介质层， 其中，用作表面等离激元激发装置的凹凸结构形成在所述金属层和所述第一透明电介质层之间的界面处，所述表面等离激元激发装置用于通过从所述发射层入射在该界面上的光中在垂直于与该界面共面的第一方向的偏振方向上的特定偏振分量来激发表面等离激元，所述凹凸结构在该界面中垂直于所述第一方向的第二方向上是周期的，所述凹凸结构的各个凸起沿所述第一方向延伸，并且 其中，光产生装置形成在所述金属层与所述第二透明电介质层之间的界面处，用来根据通过所述表面等离激元激发装置由所述特定偏振分量激发的所述表面等离激元，从在所述金属层和所述第一透明电介质层之间的界面处产生的所述表面等离激元产生具有与所述特定偏振分量相同的偏振分量的光。2.根据权利要求1所述的光源，其中，在所述第二透明电介质层与所述金属层之间的界面处，所述光产生装置与所述表面等离激元激发装置具有相同的结构，并且所述第二透明电介质层与所述第一透明电介质层具有相同的介电常数。3.根据权利要求1所述的光源，其中，所述光产生装置包括插入在所述金属层与所述第二透明电介质层之间的低折射率层，所述低折射率层具有小于所述第二透明电介质层的折射率。4.根据权利要求1所述的光源，其中，所述第二透明电介质层的折射率小于所述第一透明电介质层的折射率，并且 其中，所述金属层的膜厚度小于所述第二透明电介质层的膜厚度。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光源，其中，所述金属层包括Ag。6.根据权利要求5所述的光源，其中，所述表面等离激元激发装置通过红光的特定偏振分量来激发所述表面等离激元，并且所述凹凸结构在所述第二方向上的周期是在从0.2μηι至4.2μηι的范围内。7.根据权利要求5所述的光源，其中，所述表面等离激元激发装置通过绿光的特定偏振分量来激发所述表面等离激元，并且所述凹凸结构在所述第二方向上的周期是在从0.2μηι至3.5μηι的范围内。8.根据权利要求5所述的光源，其中，所述表面等离激元激发装置通过蓝光的特定偏振分量来激发所述表面等离激元，并且所述凹凸结构在所述第二方向上的周期是在从0.15 μ m至3.0 μ m的范围内。9.根据权利要求1至4中任意一项所述的光源，其中，所述金属层包括Au或Al。10.根据权利要求1至9中任意一项所述的光源，其中，在垂直于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：富永慎，今井雅雄，枣田昌尚，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：
国别省市：