CN101546108B - 反射屏幕、显示设备以及移动装置 - Google Patents

Abstract

一种反射屏幕，包括：衬底，具有第一折射率；以及周期性结构，设置于所述衬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。

Description

反射屏幕、显示设备以及移动装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2008年3月27日提交的在先日本专利申请No.2008-084538并要求其优先权，该申请的全部内容合并在此以供参考。

技术领域

本发明涉及一种反射屏幕、显示设备以及移动装置。

背景技术

在透视显示设备中，图像被投影到反射-透射屏幕上以可视地呈现出结合有所投影图像的屏幕的背景。这里，所投影的图像从具有一定厚度的屏幕的正面和背面反射以产生视差，而这将使可视性下降。例如，在所谓的平视显示器(HUD)中同样产生该问题，所述平视显示器能够将各种交通信息投影到诸如汽车和飞机的移动装置的挡风玻璃上，以可视地同时显示交通信息和外部背景图像。

JP-A-9-101478(特开)公开了一种基于全息组合器的技术，所述全息组合器反射特定范围的波长。然而，所述反射波长范围较宽并减少了白光的透射率。因而，该技术无法用于前述应用。

JP-A-2006-350126(特开)公开了一种与其中周期性地设置光栅元件的导模谐振光栅器件相关的技术。然而，该技术旨在通过允许所述光栅接触空气来加宽反射波长范围，因而无法用于要求窄反射波长范围的前述应用。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种反射屏幕，包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜，

其中，所述第一周期性膜和第二周期性膜构成叠置膜，所述第一周期∧₁是0.42微米，并且

所述第二周期∧₂是0.33微米。

根据本发明的另一方面，提供了一种反射屏幕，包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜，

其中，所述第一周期性膜、所述第二周期性膜和所述第三周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.29微米和0.81微米的其中之一，

所述第二周期∧₂是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且

所述第三周期∧₃是0.21微米和0.58微米的其中之一。

根据本发明的另一方面，提供了一种反射屏幕，包括：

k个衬底；以及

k个周期性膜的叠置；

其中，所述k个衬底和k个周期性膜设置如下：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜；

设置于第(k-1)周期性膜上的第k衬底；

设置于所述第k衬底上的具有第k周期∧_k和第k厚度t_k的第k周期性膜；

其中，所述第一周期性膜至所述第k周期性膜构成周期性结构，

其中对于在颜色混合时产生非彩色的光波长λ_k，所述k个周期性膜中的每一个具有与所述波长λ_k相关联的等效折射率N_k，并且所述周期∧_k不小于λ_k/(N_k+1)并且不大于λ_k/(N_k-1)，其中K大于等于3。

根据本发明的另一方面，提供一种显示设备，包括：光生成器，配置为生成包括图像信息的波长为λ的光；以及反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，所述反射屏幕包括：衬底，具有第一折射率；以及周期性结构，设置于所述衬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，并且所述周期∧为λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)，所述N为所述周期性膜的等效折射率。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的各自具有波长λ₁、λ₂的两种光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜，

其中，所述第一周期性膜和第二周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.42微米，并且

所述第二周期∧₂是0.33微米。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的各自具有波长λ₁、λ₂、λ₃的三种光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜，

其中，所述第一周期性膜、所述第二周期性膜和所述第三周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.29微米和0.81微米的其中之一，

所述第二周期∧₂是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且

所述第三周期∧₃是0.21微米和0.58微米的其中之一。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成各自具有波长λ_k的光，所述光在颜色混合时产生非彩色；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

k个衬底；以及

k个周期性膜的叠置；

其中，所述k个衬底和k个周期性膜设置如下：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜；

设置于第(k-1)周期性膜上的第k衬底；

设置于所述第k衬底上的具有第k周期∧k和第k厚度t_k的第k周期性膜；

其中，所述第一周期性膜至所述第k周期性膜构成周期性结构，

所述k个周期性膜中的每一个具有与波长λ_k相关联的等效折射率N_k，并且所述周期∧_k为λ_k/(N_k+sinθ)或λ_k/(N_k-sinθ)，K大于等于3。

根据本发明的另一方面，提供一种移动装置，包括：显示设备，所述显示设备包括：光生成器，配置为生成包括图像信息的波长为λ的光；以及反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，所述反射屏幕包括：衬底，具有第一折射率；以及周期性结构，设置于所述衬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，并且所述周期∧为λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)，所述N为所述周期性膜的等效折射率；以及窗口，所述反射屏幕附着于所述窗口。

附图说明

图1A和1B所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的结构的示意图；

图2A和2B所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的结构的示意图；

图3所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的光学入射/出射(emission)特性的示意图；

图4A和4B所示为根据第一实施例的反射屏幕10的反射率和透射率的波长依赖性的模拟结果；

图5所示为根据本发明第二实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图；

图6所示为根据本发明第三实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图；

图7所示为根据本发明第四实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图；

图8所示为根据本发明第四实施例的反射屏幕的变型的结构的示意性截面图；

图9所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图；

图10所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕特性的CIE色度图；

图11所示为发光度(luminosity)(可见度)与根据本发明第五实施例的反射屏幕的特性之间关系的曲线图。

图12所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕的变型的结构的示意性截面图；

图13所示为根据本发明第六实施例的显示设备的结构和使用条件的示意图；

图14所示为根据本发明的第六实施例的显示设备的结构的示意图；

图15所示为根据本发明的第七实施例的显示设备的结构的示意图；以及

图16所示为基于本发明实施例的反射屏幕和显示设备的移动装置的示意图。

具体实施方式

现将参照附图详细描述本发明的实施例。

第一实施例

图1所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的结构的示意图。

图1A和1B分别是截面图和透视图。如图1A和1B所示，第一实施例的反射屏幕10包括衬底110和周期性膜120，所述周期性膜120设定于衬底110的主表面111上并且具有规则的波纹(corrugation)121。

衬底110能够示范性地由丙烯酸树脂制成，并且衬底110的折射率(第一折射率)n₁示范性地为1.45。应该注意衬底110可以作为薄膜设定在板状或片状衬底上。

另一方面，周期性膜120能够示范性地由电介质薄膜制成，并且具有大于第一折射率n₁的第二折射率n₂。例如，第二折射率n₂可为1.9。此外，周期性膜120具有周期为∧的规律性波纹121，所述周期∧在400/(N+1)至680/(N-1)nm(纳米)的范围内，这里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n₁＝1.45，而第二折射率n₂＝1.9，则等效折射率N＝1.49。这里，将周期∧设定为400/(N+1)至680/(N-1)nm(纳米)，即，268-1082nm。具体地，将所述周期∧设定为0.68μm(微米)。然后，反射屏幕10具有光子结构(photonic structure)，其以高反射率反射指定波长的线性偏振入射光，而透射其他波长的光。在以上示例中，波长为530nm(绿光)的光被反射，而其他波长的光被透射。

此外，例如，同样在∧为0.24μm的情况下，波长为530nm(绿光)的光被反射，而其他波长的光被透射。

在∧为0.29μm或0.81μm的情况下，波长为630nm(红光)的光被反射，而其他波长的光被透射。

在∧为0.21μm或0.58μm的情况下，波长为450nm(蓝光)的光被反射，而其他波长的光被透射。

因此，通过设置周期∧为400/(N+1)至680/(N-1)nm的波纹，这里N为等效折射率，并适当地设定周期∧，能够以高反射率仅反射所需波长的光，而透射其他波长的光。这里，因为反射屏幕10具有光子结构，所以没有实质的光吸收。因而，反射屏幕能够仅反射用于图像投影的特定波长的光，而透射其他波长的光。也就是说，反射屏幕在保持高透射率的同时实现了高反射率。

在图1示出的反射屏幕中，在周期性膜120上方的上部区域130图示为空气，并且上部区域的折射率n_u为1。也就是说，周期性膜120的波纹121中的突出部123的折射率与第二折射率n ₂相等，而凹槽124的折射率与上部区域的折射率n_u相等，这里n₂大于n_u。在本实施例中，周期性膜120用作周期性结构129。

下面将针对其光学特性具体描述本实施例的反射屏幕10。

图2所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的结构的示意图。

如图2A所示，在本发明第一实施例的反射屏幕10中，n₀是衬底110下方的区域的折射率，n₁是衬底110的折射率(第一折射率)，T是衬底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上方的上部区域130(包括凹槽124)的折射率表示为n_u。取沿着垂直于衬底110的主表面111的方向为x-轴，而取沿着垂直于x-轴并且垂直于波纹121的周期方向为y-轴。假设E_y(x)表示电场的y-分量，H_y(x)表示磁场的y-分量，k₀等于2∏/λ(λ为波长)，并且n(x)为折射率。此外，假设a是周期性膜120中的突出部123和凹槽124之间的体积比，并且使用周期性膜120的有效折射率n₂′＝(a·n₂ ²+(1-a)n₁ ²)^1/2。对于由具有折射率n₀、n₁、n₂以及n_u构成的上述结构，将特征值β确定为TE偏振的微分方程(1)和TM偏振的微分方程(2)的解。然后，根据β＝k₀N确定等效折射率N。这里，TE偏振是入射光的电场的振动平面平行于y-方向的偏振，而TM偏振是电场的振动平面垂直于y-方向的偏振。

$\frac{{\∂}^2{E}_y\left(x\right)}{\∂x^2}+\{k_0^{2}n{\left(x\right)}^2-{\mathrm{\β}}^2\}{E}_y\left(x\right)=0,$ E_y(x)＝0(x＝±∞)    (1)

$\frac{{\∂}^2{H}_y\left(x\right)}{\∂x^2}+\{k_0^{2}n{\left(x\right)}^2-{\mathrm{\β}}^2\}{H}_y\left(x\right)=0,$ H_y(x)＝0(x＝±∞)    (2)

如图2B所示，在反射屏幕10中，当线性偏振入射光181以入射角θ入射到具有该等效折射率N和周期∧的周期性膜120上时，对满足等式(3)的波长λ产生共振：

Λ＝λ(N±sinθ)    (3)

也就是说，对特定的波长λ，入射光差不多100％被反射，而其他波长的光被透射。

图3所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的光学入射/出射特性的示意图。

如图3所示，在存在具有上述特定周期∧的波纹时，当具有特定波长λ的入射光181入射到反射屏幕10时，在具有比衬底110的折射率更大的折射率的周期性膜120中，入射光181没有实质的损失，并从周期性膜120射出。也就是说，波长为λ的光能够没有实质损失地反射，而其他波长的光能够被透射。

图4所示为根据本发明第一实施例的反射屏幕的反射/透射特性的曲线图。

图4A和4B分别示出了根据第一实施例的反射屏幕10的反射率和透射率的波长的依赖性的模拟结果。水平轴代表波长λ，而垂直轴代表反射率或透射率。

模拟条件为t＝200nm和∧＝350nm。

如图4A所示，在根据第一实施例的反射屏幕10中，在波长λ＝520nm处，反射率具有非常明显的峰值，而在其他波长具有非常低的值。应该注意在波长275nm附近观察到的另一峰值是不相关的，因为其在可见光区之外。

如图4B所示，在λ＝520nm处，透射率具有非常明显的谷值，但是在其他波长透射率很高。应该注意同样在波长275nm附近观察到的另一谷值是不相关的，因为其在可见光区之外。

虽然图4A和4B示出了反射率和透射率的模拟结果，但是吸收基本为零。

因此，第一实施例的反射屏幕10在特定波长(在本示例中为520nm)处具有反射率峰值，并且峰值宽度Δλ大约为10nm(对给定的波长λ宽度为±5nm)。通过将该波长λ的光投影至反射屏幕10上作为包括图像信息的图像，能够可视地呈现出非常明亮的投影图像。因为对于除了波长λ之外的波长的光的高透射率，所以能够观看到反射屏幕10的背景图像具有高亮度和可视性。

在JP-A-9-101478中公开的全息屏幕的情况下，反射率的峰值宽度Δλ大约为20nm，并且除了所需波长λ之外的光同样被反射。这导致除了指定波长的光之外的光的低透射率。因而，屏幕的背景图像产生暗且模糊的显示。

相反，本实施例的反射屏幕10基本上仅反射具有指定波长λ的光，并且没有实质损失地透射其他光。因而，仅具有指定波长的光以高反射率被反射，从而可视地呈现明亮的图像，而其他波长的光以高透射率被透射，从而能够实现易于观看的显示器。因而，本实施例提供了一种在保持高透射率的同时实现高反射率的显示器。

在本实施例的反射屏幕10中，将周期性膜120的周期∧设定为400/(N+1)至680/(N-1)nm之间。这基于这样的事实：尽管JIS Z8120定义短波长侧为360-400nm而长波长侧为760-830nm，但是定义可见光波长使得短波长侧的下限为400nm，而长波长侧的上限为680nm，这在实际使用中是合适的。

第二实施例

接下来，将描述本发明的第二实施例。

图5所示为根据本发明第二实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图。

如图5所示，除了图1中的反射屏幕10之外，根据第二实施例的反射屏幕20还包括在周期性膜120(周期性结构129)的突出部123上方的上层140。也就是说，反射屏幕20还包括保护层(上层140)，所述保护层设置于周期性膜120的与衬底110相反的一侧上并保护所述周期性膜120。

这用来防止任何异物进入周期性膜120的凹槽124。如果有任何进入凹槽124的异物，则对取得预期的光学特性是不利的。然而，上层140用来防止异物的进入并提供高性能和稳定质量的反射屏幕。

上层140能够示范性地由折射率低于第二折射率n₂的材料制成，或者可以由与衬底110的材料相同的材料制成。

此外，例如，可以在衬底110的下表面(与主表面111相反的表面)或在上层140的上表面142上设定粘结层(未示出)，以粘附另一板状透明体。例如，可以使用丙烯酸树脂基粘合剂来提供基本透明的粘结层，通过所述透明粘结层反射屏幕20能够粘附到例如汽车挡风玻璃上。因而，本实施例能够提供一种在保持高透射率的同时实现高反射率的显示设备(平视显示器)以及汽车(移动装置)。

第三实施例

接下来，将描述本发明的第三实施例。

图6所示为根据本发明第三实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图。

如图6所示，除了图1中的反射屏幕10之外，根据第三实施例的反射屏幕30包括在周期性膜120上方的上部区域130中的低折射率层150。所述低折射率层150具有比周期性膜120的第二折射率n₂小的折射率n_i。所述低折射率层150能够示范性地由丙烯酸树脂制成，并且n_i可以设定为1.49。也就是说，反射屏幕30还包括低折射率层150，所述低折射率层150设置于周期性膜120的与衬底110相反的一侧上并且具有小于第二折射率的折射率。

因而，本实施例在保护周期性膜120的同时能够有效地利用周期性膜120的光学周期性。

第四实施例

接下来，将描述本发明的第四实施例。

图7所示为根据本发明第四实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图。

如图7所示，根据第四实施例的反射屏幕40具有由三个周期性膜的叠置结构。具体而言，叠置第一周期性膜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∧₁和第一厚度t₁，所述第二周期性膜220具有第二周期∧₂和第二厚度t₂，所述第三周期性膜320具有第三周期∧₃和第三厚度t₃。第一周期性膜120设置于第一衬底(衬底110)上。并且，第二衬底210设置在第一周期性膜120与第二周期性膜220之间，第三衬底310设置在第二周期性膜220与第三周期性膜320之间，而上层140设置于第三周期性膜320的上方。在上述结构中，第一周期性膜120、第二周期性膜220以及第三周期性膜320构成周期性结构129。

此外，分别设定第一周期∧₁、第二周期∧₂以及第三周期∧₃，以反射三原色的光的波长。

例如，可将第一周期∧₁设定为0.29μm或0.81μm以反射红光(例如，波长630nm)。

可将第二周期∧₂设定成0.24μm或0.68μm以反射绿光(例如，波长530nm)。

可将第三周期∧₃设定成0.21μm或0.58μm以反射蓝光(例如，波长450nm)。

因此，通过具有三种波长，例如，作为红光的波长630nm、作为绿光的波长530nm以及作为蓝光的波长450nm的光源能够再现各种颜色。此外，对于除了这三种波长之外的波长实现了高透射率。因此，反射屏幕40能够提供在保持高透射率的同时实现了高反射率的高可视性的颜色显示。因而，反射屏幕40能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的平视显示器和汽车。

以上描述阐释了周期性结构129包括三个周期性膜的情况。然而，所述结构不限于此，而是能够包括k个周期性膜的叠置。这里，对于在颜色混合时产生非彩色的k个光波长λ_k，可以叠置各包括具有周期为∧_k的规律性波纹的k个周期性膜，所述周期∧_k在λ_k/(N-1)至λ_k/(N+1)的范围内。

图7中示出的反射屏幕40包括在这些周期性膜之间的第二衬底210和第三衬底310。然而，可以设置图6中示出的低折射率层以取代所述第二衬底和第三衬底。

图8所示为根据本发明第四实施例的反射屏幕的变型的结构的示意性截面图。

如图8所示，在根据本发明第四实施例的变型的反射屏幕41中，在第一周期性膜120上依次叠置第一低折射率层150、第二周期性膜220、第二低折射率层250、第三周期性膜320以及第三低折射率层350。该结构的反射屏幕41同样能够反射三种特定波长并显示各种颜色。因此，反射屏幕41能够提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视性的颜色显示。因而，反射屏幕41能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的平视显示器和汽车。

第五实施例

接下来，将描述本发明的第五实施例。

图9所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕的结构的示意性截面图。

如图9所示，根据第五实施例的反射屏幕50与图7示出的反射屏幕40的不同之处在于设置了两个周期层。更具体地说，叠置第一周期性膜120和第二周期性膜220，所述第一周期性膜120具有第一周期∧₁和第一厚度t₁，所述第二周期性膜220具有第二周期∧₂和第二厚度t₂。第一周期性膜120设置于第一衬底(衬底110)上，第二衬底210设置在第一周期性膜120和第二周期性膜220之间，而上层140设置在第二周期性膜220的上方。在上述结构中，第一周期性膜120和第二周期性膜220构成周期性结构129。

此外，分别设定第一周期∧₁和第二周期∧₂，以反射在颜色混合时产生基本白色的两个波长的光。

例如，可选择两个波长，使得第一光为红光(第一波长λ₁示范性为635nm)，而第二光为蓝绿光(第二波长λ₂示范性为490nm)。

更具体地说，可将第一周期∧₁设定为0.42μm，以反射红光(λ₁＝630nm)。

可将第二周期∧₂设定为0.33μm，以反射蓝绿光(λ₂＝490nm)。

这里，反射屏幕50以高反射率反射这两种颜色的光。此外，这两种颜色是补色的关系，从而能够显示白色(非彩色)。因而，能够产生接近自然颜色的显示。

下面将更具体地描述本实施例。

图10所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕的特性的CIE色度图。

更具体地说，图10是示出根据第五实施例的反射屏幕50的特性的CIE1931XYZ色度图。如图10所示，在色度图中，具有第一波长λ₁＝635nm的第一光186和具有第二波长λ₂＝490nm的第二光187是补色的关系，并且位于穿过白色(非彩色)的直线上。因而，根据第一光186和第二光187之间的混合比能够显示包括白色(非彩色)的各种颜色。在通过激光器产生具有第一波长λ₁＝635nm的第一光186和具有第二波长λ₂＝490nm的第二光187的示例中，如果第一光186以12mW的功率输出且第二光187以23mW的功率输出，则获得光通量为51m的白色(非彩色)。

具有图9中示出的两层结构的反射屏幕50就结构而言比具有图7中示出的三层结构的反射屏幕40更简单，并且在实际应用中非常有用。例如，用于诸如平视显示器的显示设备的反射屏幕很少显示自然图像。所显示的图像示范性地包括诸如汽车速度、区域地图、交通标记以及导航指示的汽车运行状态信息的显示，尽管所述这些信息实际上是多颜色显示，但其不是自然图像。因而，实际上，通常由具有两个波长的光源形成的颜色显示就足够使用。因此，具有两层结构的反射屏幕50在结构简单和性能方面具有优势，可靠性高以及使用成本低。

在以上描述中，白色(非彩色)仅需要基本上非彩色的，但是优选地，在CIE 1931XYZ色度图中，x在0.25-0.40的范围内，而y在0.25-0.40的范围内。

此外，图9中示出的反射屏幕50在增大实际透射率中是有效的。这一点将在下面描述。

图11是示出了发光度(可见度)与根据本发明第五实施例的反射屏幕的特性之间的关系的曲线图。

在图11中，水平轴代表波长，而垂直轴代表发光度或光强度。如图11中实线所示，对于绿光(波长555nm)发光度190最高，而对于更短或更长波长的发光度减小。在将绿光(例如，波长555nm)投影到显示设备的反射屏幕上的情况下，即使使用本实施例的反射屏幕，具有555±5nm波长的图像投影光也不能透射通过。因而，在该波长范围里，来自背景的光不能被透射。这里，不透射在555nm附近具有高发光度的光的反射屏幕在实际使用中给人一种透射光较暗的印象，而且反射屏幕在背景图像的可视性方面不太好。

相反，作为图像投影光，本实施例的反射屏幕50不使用具有高亮度的绿光，而使用两个光波长，也即，红光(例如，635nm)和蓝绿光(例如，490nm)。因而，具有高发光度的绿光的背景图像直接可视，而没有实质的亮度减小。此外，通过具有补色关系的红光和蓝绿光能够表示包括白色(非彩色)的各种颜色。因而，本实施例可以实现能够在实际应用中非常有优势的显示的反射屏幕。

应该注意，低折射率层同样能够在具有两层结构的反射屏幕的情况下使用。

图12所示为根据本发明第五实施例的反射屏幕的变型的结构的示意性截面图。

如图12所示，在根据本发明第五实施例的变型的反射屏幕51中，在第一周期性膜120上依次叠置有第一低折射率层150、第二周期性膜220以及第二低折射率层250。也就是说，反射屏幕51还包括设置于所述k个周期性膜中的至少一个的、与衬底110相反一侧上的低折射率层，所述低折射率层的折射率小于周期性膜的折射率。

该结构的反射屏幕51同样能够反射两个特定波长并显示各种颜色。因此，反射屏幕能够提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视颜色显示。因而，反射屏幕能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的平视显示器(显示设备)和汽车(移动装置)。

第六实施例

接下来，将描述本发明的第六实施例的显示设备。

图13所示为根据本发明第六实施例的显示设备的结构和使用条件的示意图。

如图13所示，根据第六实施例的显示设备610包括：光生成器410，用于生成包含图像的波长为λ的光415；以及所述光415以入射角θ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，用于生成波长为λ的光412；反射镜420以及图像屏幕430。图像屏幕430用作用于光412的光阀(light shutter)，并且可示范性地由液晶显示面板制成。光源411可示范性地基于各种固态激光器、气体激光器以及半导体激光器中的任意一种。通过适当地选择光源411能够设定所需波长λ。除了以上描述的结构之外，光生成器410可基于诸如具有背光的液晶显示面板、光源和MEMS(微机电系统)扫描器的组合以及光源和扫描镜组合的各种结构中的任意一种。

光415通过用于调整光束的透镜440，并从反射屏幕510反射，到达观察者470。观察者470能够观察到在反射屏幕510上形成的图像480(虚像)。例如，反射屏幕510附着于例如汽车等的挡风玻璃(窗口)490的内侧(车内侧)。这里，反射屏幕510是透射以及反射的，并且观察者470能够通过反射屏幕510同时观察到车外的背景图像和基于光415的图像信息的图像480。应该注意，如有需要可以设置透镜440。此外，作为替代结构，可以省略反射镜420，并且光412可以直接入射到图像屏幕430上。因此，可以使用各种光学布局。

在本实施例的显示设备610中，那些与图1中示出的反射屏幕10等效者可用作反射屏幕510。

图14所示为根据本发明第六实施例的显示设备的结构的示意图。

如图14所示，在根据第六实施例的显示设备610中，反射屏幕510包括具有第一折射率n₁的衬底110。此外，将周期性膜120设置于衬底110的主表面111上。周期性膜120用作周期性结构129。周期性膜120具有大于第一折射率n₁的第二折射率n₂，并包括周期为∧的规律性波纹，对于等效折射率N和波长λ而言，所述周期∧等于λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)。例如，如果衬底110的折射率(第一折射率)n₁为1.45，周期性膜120的折射率(第二折射率)n₂为1.9，并且周期性膜120的厚度t为180nm，则通过等式(1)确定的等效折射率N为1.49。

例如，在具有设定为45度的入射角的显示设备中，如果光415的波长λ为530nm(绿光)，则能够将周期∧设定为0.24μm或0.68μm。在这种情况下，反射屏幕510反射波长为530nm的光415，而透射其他波长的光。

如果光415的波长λ为630nm(红光)，则能够将周期∧设定为0.29μm或0.81μm。在这种情况下，反射屏幕510反射波长为630nm的光，而透射其他波长的光。

如果光415的波长λ为450nm(蓝光)，则能够将周期∧设定为0.21μm或0.58μm。在这种情况下，反射屏幕510反射波长λ为450nm的光，而透射其他波长的光。

在上述情况中，如前面所述，反射屏幕510表现出非常高的波长选择性的反射特性，其中波长宽度Δλ大约为10nm。

尽管在以上所述示例中入射角θ是45度，但是不限于此。周期性膜120的波纹的周期∧可以设定为λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)。在这些情况中，反射屏幕510表现出非常高的波长选择性的反射特性，其中波长宽度Δλ大约为10nm。

因此，在本实施例的显示设备中，将包括图像信息的波长为λ的光415以入射角θ投射到反射屏幕510上。反射屏幕510包括具有第一折射率n₁的衬底110和具有第二折射率n₂的周期性膜120，所述第二折射率n₂大于所述第一折射率n₁。周期性膜120包括周期为∧的规律性波纹，对于等效折射率N和波长λ而言，所述周期∧等于λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)。因此，以入射角θ入射的波长为λ的光415被反射而没有实质的损失，而其他波长的光在透射率上没有实质减小。因而，本实施例提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视显示。因此，本实施例能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的汽车，从而使得能够安全行驶。

第七实施例

接下来，将描述本发明的第七实施例的显示设备。第七实施例的显示设备是基于具有图12中示出的两层结构的反射屏幕的示例。

图15所示为根据本发明第七实施例的显示设备的结构的示意图。

如图15所示，根据第七实施例的显示设备620包括：光生成器410，用于生成包括图像的光415；以及光415以入射角θ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长λ₁的第一光416b；以及第一光入射到其上的第一图像屏幕416a。此外，光生成器410包括第二光源，用于生成具有第二波长λ₂的第二光417b，以及第二光入射到其上的第二图像屏幕417a。光生成器410还包括半反半透镜(halfmirror)418，第一光416b和第二光417b通过所述半反半透镜418组合为包括图像、由两个波长λ₁和λ₂组成的光415。利用凹镜421，光415作为入射光181以入射角θ入射到反射屏幕520上，并在反射屏幕520处发生反射，反射光182到达观察者470。应注意，上述光学系统可基于各种结构中的任意一个。

在上述显示设备620中，通过适当地选择光源能够设定所需的波长λ。在本实施例中，第一光源416和第二光源417可示范性地基于半导体激光器。此外，第一波长λ₁可为635nm(红光)，而第二波长λ₂可为490nm(蓝绿光)。也就是说，光波长的数目k是两个，光生成器410生成两个光波长，即，具有第一波长λ₁(635nm)的第一光416b和具有第二波长λ₂(490nm)的第二光417b，这两个波长在颜色混合时产生非彩色。第一光416b和第二光417b组合成光415。

在图15示出的显示设备620中，反射屏幕520包括具有第一折射率n₁的衬底110。此外，第一周期性膜120设置于衬底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n₁，并且包括周期为∧₁的规律性波纹，对于第一等效折射率N₁和第一波长λ₁而言，所述周期∧₁等于λ₁/(N₁+sinθ)或λ₁/(N₁-sinθ)。此外，具有折射率n_i1的第一低折射率层150设置于第一周期性膜120上。另外，第二周期性膜220设置于第一低折射率层150上。第二周期性膜220具有大于所述第一折射率n₁和所述折射率n_i1的第三折射率n₃，并且包括周期为∧₂的规律性波纹，对于第二等效折射率N₂和第二波长λ₂而言，所述周期∧₂等于λ₂/(N₂+sinθ)或λ₂/(N₂-sinθ)。此外，具有折射率n_i2的第二低折射率层250设置于第二周期性膜220上。

例如，如果衬底110的折射率(第一折射率)n₁为1.45，第一周期性膜120的折射率(第二折射率)n₂为1.9，第一周期性膜120的第一厚度t₁为180nm，以及第一低折射率层150的折射率n_i1为1.45，则对于TE偏振(电场向量垂直于页面)通过等式(1)确定的第一等效折射率N₁为1.69。另一方面，对于TM偏振(电场向量平行于页面)，第一等效折射率N₁为1.61。此外，如果第二周期性膜220的折射率(第三折射率)n₃为1.9，周期性膜220的第二厚度t₂为180nm，以及第二低折射率层250的折射率n_i2为1.45，则对于TE偏振通过等式(1)确定的第二等效折射率N₂是1.69，对于TM偏振的第二等效折射率N₂是1.61。

例如，在入射角θ设定为45度的显示设备620中，在光以TE偏振入射的情况下，如果第一波长λ₁为635nm(红光)，则第一周期性膜120的周期∧₁可设定为265nm或646nm。如果第二波长λ₂为490nm(蓝绿色光)，则第二周期性膜220的周期∧₂可设定为205nm或500nm。在光以TM偏振入射的情况下，如果第一波长λ₁为635nm(红光)，则第一周期性膜120的周期∧₁可设定为274nm或703nm。如果第二波长λ₂为490nm(蓝绿色光)，则第二周期性膜220的周期∧₂可设定为211nm或543nm。应该注意第一周期性膜120和第二周期性膜220构成周期性结构129。

包括由这两个周期性膜120、220的叠置层的反射屏幕520仅反射第一波长λ₁(635nm)和第二波长λ₂(490nm)，而透射其他波长的光。如前面所述，反射屏幕520表现出了非常高的波长选择性的反射特性，其中波长宽度Δλ大约为10nm。

尽管在以上所述的示例中入射角θ是45度，但不限于此。第一周期性膜120的波纹的周期∧₁可以设定为λ₁/(N₁+sinθ)或λ₁/(N₁-sinθ)，并且第二周期性膜220的波纹的周期∧₂可以设定为λ₂/(N₂+sinθ)或λ₂/(N₂-sinθ)。在这些情况下，反射屏幕表现了非常高的波长选择性的反射特性，其中波长宽度Δλ大约为10nm。

因此，反射屏幕520包括叠置的第一周期性膜120和第二周期性膜220，所述第一周期性膜120具有周期为∧₁的规律性波纹，所述周期∧₁对于第一波长λ₁等于λ₁/(N₁+sinθ)或λ₁/(N₁-sinθ)，所述第二周期性膜220具有周期为∧₂的规律性波纹，所述周期∧₂对于第二波长λ₂等于λ₂/(N₂+sinθ)或λ₂/(N₂-sinθ)。因此，以入射角θ入射的第一波长λ₁和第二波长λ₂的光415被反射而没有实质的损失，而其他波长的光在透射率上没有实质的减小。此外，选择第一波长λ₁和第二波长λ₂以在颜色混合时产生非彩色。因而，本实施例提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视颜色显示。因此，本实施例能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的汽车，从而使得能够安全行驶。

以上所述示例基于两个波长(光的种类的数目k为2)的情况。然而，波长数目(k)能够为3或更多。然后，反射屏幕配置成包括k个周期性膜的叠置层。每个叠置层包括周期为∧_k的规律性波纹，对于波长λ_k而言，所述的周期∧_k等于λ_k/(N_k+sinθ)或λ_k/(N_k-sinθ)。因而，本实施例提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视颜色显示。因此，本实施例能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的汽车，从而使得能够安全行驶。

上述实施例的显示设备的反射屏幕能够示范性地附着于汽车挡风玻璃(窗口)。因此，在挡风玻璃(窗口)上能够同时显示和观察到汽车挡风玻璃(窗口)外面的背景场的图像信息和各种交通信息。

图16所示为基于本发明实施例的反射屏幕和显示设备的移动装置的示意图。

如图16所示，例如，反射屏幕530设置于本发明第八实施例的各种移动装置710的窗口491，该移动装置710例如为汽车、火车、轮船、直升机以及飞机。该屏幕可以是本发明的这些实施例的反射屏幕。能够使用本发明的这些实施例的显示设备，使得光415入射到反射屏幕530上以投影图像至其上。因而，本实施例提供在保持高透射率的同时实现高反射率的高可视颜色显示。因此，本实施例能够实现在保持高透射率的同时实现高反射率的移动装置，从而使得能够安全行驶。例如，反射屏幕530可设置于具有平面或弯曲形状的玻璃或任意各种树脂板上，所述玻璃或树脂板构成例如移动装置的窗口491。然而，反射屏幕530还可以设置在除了窗口491之外的适当的透明板状或片状衬底上。

在本实施例的反射屏幕中，衬底110、低折射率层150、250、350以及上层140能够示范性地由任意各种丙烯酸树脂制成，例如壬基苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯(nonylphenoxypolyethleneglycol acrylate)、壬二醇二丙烯酸酯(nonanediol diacrylate)、聚丙二醇丙烯酸酯(polypropyleneglycol acrylate)、双环戊烯基氧乙基甲基丙烯酸酯(dicyclopentenyloxyethyl methacrylate)、丙烯酸双环戊烯基氧化乙酯(dicyclopentenyloxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸三环癸-8-基酯(dicyclopentanyl methacrylate)、五甲基哌啶基甲基丙烯酸酯(pentamethylpiperidyl methacrylate)以及改性的双酚二甲基丙烯酸酯(modified bisphenol dimethacrylate)。此外，可以使用诸如聚碳酸酯、聚酯以及氟碳树脂的各种其他树脂。另外，还可以使用诸如多孔硅和玻璃的主要无机材料。

周期性膜120、220、320可以是示范性地由TiO₂(折射率2.3)、ZrO₂(折射率2.0)、ITO(折射率1.85)、HfO₂(折射率1.95)或Ta₂O₅(折射率2.1)制成的高折射率薄膜，通过光刻技术和刻蚀技术对所述薄膜进行构图。例如，将上述材料的细颗粒混合到光敏树脂中，所述光敏树脂能够通过辐射具有小周期的衍射光进行固化和构图

在上述示出的结构中，周期性膜的波纹121的突出部123和凹槽124的宽度相等。然而，本发明不限于此，而是突出部123和凹槽124之间的宽度比是任意的。此外，在以上所述中，示出了具有矩形波纹的结构。但是，本发明不限于此，而是能够使用诸如正弦和三角形的各种形状的波纹。此外，在如图1B所示的波纹121中，周期波纹(峰和谷)沿着一个方向(一维)延伸。然而，本发明不限于此，而是波纹可以在平面(二维)结构中排列。对于任意的这样的各种波纹确定等效折射率N，并且基于该等效折射率N可以适当地设定周期性结构的周期∧。

已经参考范例对本发明的实施例进行了描述。然而，本发明不限于这些示例。例如，只要本领域技术人员能够从通常已知的结构中适当地选择这些结构类似地实施本发明并实现类似的效果，那么构成反射屏幕、显示设备以及移动装置的组件的特定结构就包含在本发明的范围内。

此外，只要技术上可行就可将这些示例的任意两个或多个组件进行组合，且只要它们落入本发明原理内，这些组合同样包含在本发明的范围内。

此外，本领域技术人员能够适当地修改和实现在上述的本发明的实施例中描述的反射屏幕、显示设备以及移动装置，并且只要它们落入本发明的原理内，任意修改的反射屏幕、显示设备以及移动装置同样包含在本发明的范围内。

此外，在本发明的原理内，本领域技术人员能够设想各种修改和变型，并且应理解这些修改和变型同样包含在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种反射屏幕，包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜，

其中，所述第一周期性膜和第二周期性膜构成叠置膜，所述第一周期∧₁是0.42微米，并且

所述第二周期∧₂是0.33微米。

2.一种反射屏幕，包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜，

其中，所述第一周期性膜、所述第二周期性膜和所述第三周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.29微米和0.81微米的其中之一，

所述第二周期∧₂是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且

所述第三周期∧₃是0.21微米和0.58微米的其中之一。

3.一种反射屏幕，包括：

k个衬底；以及

k个周期性膜的叠置；

其中，所述k个衬底和k个周期性膜设置如下：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜；

设置于第(k-1)周期性膜上的第k衬底；

设置于所述第k衬底上的具有第k周期∧_k和第k厚度t_k的第k周期性膜；

其中，所述第一周期性膜至所述第k周期性膜构成周期性结构，

其中对于在颜色混合时产生非彩色的光波长λ_k，所述k个周期性膜中的每一个具有与所述波长λ_k相关联的等效折射率N_k，并且所述周期∧_k不小于λ_k/(N_k+1)并且不大于λ_k/(N_k-1)，其中K大于或等于3。

4.一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的波长为λ的光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

衬底，具有第一折射率；以及

周期性结构，设置于所述衬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，并且

所述周期∧是λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)，所述N为所述周期性膜的等效折射率。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述周期∧是0.29微米和0.81微米的其中之一。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述周期∧是0.24微米和0.68微米的其中之一。

7.根据权利要求4所述的设备，其中所述周期∧是0.21微米和0.58微米的其中之一。

8.一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的各自具有波长λ₁、λ₂的两种光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜，

其中，所述第一周期性膜和第二周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.42微米，并且

所述第二周期∧₂是0.33微米。

9.一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的各自具有波长λ₁、λ₂、λ₃的三种光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜，

其中，所述第一周期性膜、所述第二周期性膜和所述第三周期性膜构成叠置膜，

所述第一周期∧₁是0.29微米和0.81微米的其中之一，

所述第二周期∧₂是0.24微米和0.68微米的其中之一，并且

所述第三周期∧₃是0.21微米和0.58微米的其中之一。

10.一种显示设备，包括：

光生成器，配置为生成各自具有波长λ_k的光，所述光在颜色混合时产生非彩色；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

k个衬底；以及

k个周期性膜的叠置；

其中，所述k个衬底和k个周期性膜设置如下：

第一衬底；

设置于所述第一衬底上的具有第一周期∧₁和第一厚度t₁的第一周期性膜；

第二衬底；

设置于所述第二衬底上的具有第二周期∧₂和第二厚度t₂的第二周期性膜；

第三衬底；以及

设置于所述第三衬底上的具有第三周期∧₃和第三厚度t₃的第三周期性膜；

设置于第(k-1)周期性膜上的第k衬底；

设置于所述第k衬底上的具有第k周期∧_k和第k厚度t_k的第k周期性膜；

其中，所述第一周期性膜至所述第k周期性膜构成周期性结构，并且

所述k个周期性膜中的每一个具有与波长λ_k相关联的等效折射率N_k，并且所述周期∧_k为λ_k/(N_k+sinθ)或λ_k/(N_k-sinθ)，其中K大于等于3。

11.一种移动装置，包括：

显示设备，包括：

光生成器，配置为生成包括图像信息的波长为λ的光；以及

反射屏幕，所述光以入射角θ投射到所述反射屏幕上，

所述反射屏幕包括：

衬底，具有第一折射率；以及

周期性结构，设置于所述衬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，并且

所述周期∧是λ/(N+sinθ)或λ/(N-sinθ)，所述N为所述周期性膜的等效折射率；以及

窗口，所述反射屏幕附着于所述窗口。

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