CN102906621B - 显示元件、显示设备和投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明包括光阀部分（10），其具有在从发光元件（25）发出的光的透射状态和遮挡状态之间切换的多个快门机构（14）和从多个快门机构出射的光通过其透射的基板（16）。显示元件还具有等离子激元耦合部分（11），其使得用从光阀部分（10）出射的光发生等离子激元耦合。等离子激元耦合部分（11）包括用从光阀部分（10）出射的入射光生成载流子的载流子生成层（17），具有比用从发光元件（25）发出的光激发的载流子生成层（17）中生成的光的频率更高的等离子体频率的等离子激元激发层（19），和将等离子激元激发层（19）中生成的光或表面等离子激元转换为具有预定出射角的光的波数矢量转换层（23）。等离子激元激发层（19）夹在第一介电常数层（18）和第二介电常数层（22）之间。

Description

显示元件、显示设备和投影显示设备

技术领域

本发明涉及利用表面等离子激元来发光的显示元件、显示设备和投影显示设备。

背景技术

已经提出了一种具有固态光源的投影仪，该固态光源利用诸如发光二极管（LED）或半导体激光器（LD）之类的发光元件作为光源。具有这种固态光源的投影仪具有：从发光元件发出的光进入其中的照明光学系统；具有诸如液晶显示面板或DMD（数字微镜设备）之类的显示元件的光阀，其中从照明光学系统出来的光进入液晶显示面板；以及投影光学系统，其将从光阀出来的光投影到投影平面。

对具有固态光源的投影仪有这样的要求，即从发光元件到光阀的光路中光损耗最小，以便提高投影图像的亮度。

另外，如非专利文献1所述，这种具有固态光源的投影仪受到取决于光源的面积和发射角的乘积的集光率的限制。换言之，从光源发出的光不能用作投影光，除非光源的发光面积和发射角的乘积等于或小于光阀的入射面的面积与取决于该光学系统光圈值（F number）的受光角（立体角）的乘积。

因此，需要降低从发光元件发出的光的集光率，以便降低前述的光损耗。

用于商用和家庭影院的具有固态光源的投影仪需要发出大约几千流明的光束。因此，这种具有固态光源的投影仪需要提高从发光元件发出的光的光利用效率，并实现高亮度和高方向性。

作为具有光利用效率已提高的光源的显示元件的示例，如图1中所示，已经公开了一种具有选择性地遮挡从光源1204发出的入射光的MEMS（微机电系统）快门机构的空间光学调制器（参考专利文献1）。这个显示元件具有：光源1204；光学腔1202，从光源1204发出的光1214进入光学腔1202中；对从光学腔1202出来的光1214进行调制的光学调制阵列1206；和覆盖光学调制阵列1206的盖板1207。

光学腔1202具有光波导1208和以空气间隙1213布置在光波导1208上的基板1210。在光波导1208上形成的是包括光散射元件1209的后反射面1212。光学调制阵列1206具有：光透射区1222，从光学腔1202出射的光进入光透射区1222中；和MEMS快门机构，其包括能够打开及关闭光透射区1222的快门1110。盖板1207具有光透射区1114，穿过光学调制阵列1206的光透射区1222的光1214穿过光透射区1114。在这个显示元件中，光1214在快门1110和光学腔1202之间被多次反射，重复利用光1214，并使其穿过光透射区1222。因此，该显示元件提高了光源1204的光利用效率。

专利文献

专利文献1：JP2008-532069A公开（翻译版）

非专利文献

非专利文献1：用于RPTV光引擎的PhlatLight TM光子晶格LED；Christian Hoepfner；SID研讨会文摘37,1808（2006）（PhlatLight TMPhotonic Lattice LEDs for RPTV Light Engines;Christian Hoepfner;SIDSymposium Digest 37,1808(2006)）

发明内容

如上所述，在具有固态光源的投影仪中，以预定或更大的发射角（例如，±15°的发射角）从光阀发出的光不进入投影光学系统，而成为光损耗。在专利文献1提出的结构中，从光阀出来的光的方向性取决于离开照明光学系统并随后进入光阀的光的方向性。因此，在专利文献1中提出的结构中，当发射大约几千流明光束的发光元件用作光源时，能够实现高亮度。然而，难以使从显示元件发出的光的发射角缩窄到小于±15°。换言之，专利文献1中提出的显示元件存在发出的光的方向性不恰当的缺点。

换言之，专利文献1中公开的结构不能够实现普通投影仪需要的亮度和方向性二者都满足的显示元件。

本发明的目的是提供能够解决前述工程问题的显示元件、显示设备和投影显示设备。

为了实现前述目的，根据本发明的显示元件包括光阀部分，该光阀部分具有：在从发光元件发出的光的透射状态和遮挡状态之间切换的多个光学快门装置；和基板，从该多个光学快门装置出射的光透过该基板。该显示元件还具有等离子激元耦合部分，其布置在基板上，并且使得利用从光阀部分出射的光而发生等离子激元耦合。等离子激元耦合部分包括：载流子生成层，其利用从光阀部分出射的入射光生成载流子；等离子激元激发层，其层积在载流子生成层上方，并且具有比用从发光元件发出的光激发的载流子生成层中生成的光的频率更高的等离子体频率；和出射层，其布置在等离子激元激发层上方，并且将在等离子激元激发层中生成的光或者表面等离子激元转换为具有预定出射角的光。等离子激元激发层夹在具有介电常数的两个层之间。

根据本发明的显示设备包括本发明的显示元件和至少一个发光元件。

根据本发明的投影显示设备包括本发明的显示设备，和用从该显示设备出射的光对投影图像进行投影的投影光学系统。

根据本发明，由于能够满足发出的光的亮度和方向性二者，因此能够实现具有高亮度和高方向性的显示元件。

附图说明

图1是描述专利文献1中提出的结构的剖视图。

图2是示意性示出根据第一实施例的显示元件的剖视图。

图3是示意性示出根据第一实施例的显示元件的平面图。

图4是示出根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的平面图。

图5是描述在根据第一实施例的显示元件中光的动作的剖视图。

图6A是描述根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图6B是描述根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图6C是描述根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图6D是描述根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图6E是描述根据第一实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图7是示意性示出根据第二实施例的显示元件的剖视图。

图8是示意性示出根据第三实施例的显示元件的剖视图。

图9A是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9B是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9C是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9D是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9E是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9F是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图9G是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法剖视图。

图9H是描述根据第三实施例的显示元件的等离子激元耦合部分的制造方法的剖视图。

图10是示意性地描述根据第四实施例的显示元件的剖视图。

图11是示意性地描述根据第五实施例的显示元件的剖视图。

图12是示出从根据第一实施例的显示元件发出的光的角度分布的示意图。

图13是示出从根据第二实施例的显示元件发出的光的角度分布的示意图。

图14是示意性示出根据本发明的实施例的具有固态光源的投影仪的透视图，根据本发明的实施例的显示元件应用于该投影仪。

图15是示意性示出根据本发明的另一实施例的具有固态光源的投影仪的透视图，根据本发明的实施例的显示元件应用于该投影仪。

具体实施方式

下面，将参考附图描述本发明的实施例。

（第一实施例）

图2是示意性示出根据本发明第一实施例的显示元件的剖视图。由于该显示元件的各个层非常薄并且其厚度差别很大，所以难以用精确比例图示各个层。因此，这些图没有以精确比例图示各个层，而是示意性地图示它们。

如图2中所示，根据该实施例的显示元件1具有光阀部分10，包括：多个快门机构14，作为在从发光元件25发出的光的透射状态和遮挡状态之间切换的多个光学快门装置；和基板16，从快门机构14出射的光透过基板16。另外，显示元件1具有多个等离子激元耦合部分11，这些等离子激元耦合部分11使得从光阀部分10出射的光发生等离子激元耦合。

光阀部分10具有：光导体12，从发光元件25发出的光进入光导体12中；多个快门机构14，它们与从光导体12出射的光的位置相对应地布置；和基板16，在基板16上二维地且有规则地布置多个等离子激元耦合部分11。

如图2中所示，在光导体12的与多个等离子激元耦合部分11相反一侧的底面上布置了控制发光强度特性的结构部件24，诸如微棱镜或者散射部件。作为替代，光导体12可以具有布置在前述底面上的光漫射板（未示出），或者包含分散的散射部件（未示出）。

在光导体12的与底面相反的顶面上布置了反射膜13。反射膜13具有多个开口13a，开口13a是对应于多个等离子激元耦合部分11的光透射区，并且从光导体12出射的光通过开口13a进入等离子激元耦合部分11。反射膜13例如由诸如银或铝之类的金属材料或者介电常数层压膜制成。

快门机构14布置在基板16的与光导体12相对的底面上。快门装置14各自具有能够打开和关闭反射膜13的开口13a的MEMS快门14a和使MEMS快门14a打开/关闭开口13a的TFT（薄膜晶体管）14b。MEMS快门14a或者MEMS快门14a的光导体12一侧的面由反射率相对较高的反射材料制成。

多个等离子激元耦合部分11以与光导体12上布置的反射膜13的开口13a相对应的矩阵形状布置为像素。同样，多个快门机构14被布置成对应于由多个等离子激元耦合部分11组成的像素。图2示出了组成三个像素的等离子激元耦合部分11。图3示出了组成九个像素的等离子激元耦合部分11。等离子激元耦合部分11被布置成使得它们覆盖快门机构14。

如图2所示，等离子激元耦合部分11各自具有：载流子生成层17，其用从光导体12出射的部分光生成载流子；等离子激元激发层19，其层积在载流子生成层17上，并且其等离子体频率高于用从发光元件25发出的光所激发的载流子生成层17中生成的光的频率；和波数矢量转换层23，其作为出射层层积在等离子激元激发层19上，并且对从等离子激元激发层19出射的光的波数矢量进行转换并以发射具有预定出射角的光。

另外，等离子激元耦合部分11各自具有：夹在载流子生成层17和等离子激元激发层19之间的第一介电常数层18；和夹在等离子激元激发层19和波数矢量转换层23之间的第二介电常数层22。第二介电常数层22具有比第一介电常数层18更高的介电常数。

根据本实施例，一个发光元件25布置在作为平板状光导体12的一个侧面的光入射面12a上。发光元件25可以例如由发射具有载流子生成层17能够吸收的波长的光的发光二极管（LED）、激光二极管或者超辐射二极管构成。另外，发光元件25是发射具有能够激发载流子生成层17的频率的光的元件。从发光元件25发出的光例如是紫外光或者具有短波长的蓝光。如果布置了多种类型的载流子生成层17，则可以使用发出能够激发载流子生成层17的不同频率的光的多种类型的发光元件25。可以与光导体12的光入射面12a相分离地布置发光元件25。在这种情况下，发光元件25可以通过诸如光管之类的光导体光学连接到光导体12。作为替代，可以沿着光导体12的多个侧面布置多个发光元件25。还作为替代，可以沿着光导体12的与等离子激元耦合部分11一侧相反的底面布置多个发光元件25。

根据本实施例，光导体12是以平板形状形成的。然而，光导体12的形状不限于长方体形状。作为替代，光导体12可以是以诸如楔形之类的另一形状形成的。反射膜13可以完全形成在除去光入射面12a和开口13a的光导体12的外周面上，或者可以部分地形成在光导体12的外周面上。反射膜13例如可以是由诸如银或铝之类的金属材料或者介电常数层压膜制成的。根据本实施例，提供了光导体12。作为替代，光导体12可以从光阀部分10中省略掉。例如，诸如发光元件25之类的光源可以与快门机构14相反地布置在基板16上（在快门机构14的光入射侧）。

载流子生成层17由如下材料制成：诸如罗丹明6G或硝基罗丹明101之类的有机荧光物质；诸如CdSe或CdSe/ZnS量子点之类的量子点荧光物质；诸如GaN或GaAs之类的无机材料（半导体）；或者诸如（噻吩/亚苯基）共低聚物或Alq3之类的有机材料（半导体材料）。在使用荧光物质时，载流子生成层17中可以包含发光频率相同或者发光频率不同的多种荧光物质。优选的是，载流子生成层17的厚度是1μm或更小。

当等离子激元耦合部分11对应于R（红）、G（绿）和B（蓝）像素时，对应于R、G和B像素的载流子生成层17可以由不同材料制成。当等离子激元耦合部分11对应于单色像素（例如R）时，对应于各个像素的载流子生成层17可以由相同材料制成。在这种情况下，多个等离子激元耦合部分11不需要对应于各个像素而分离，而是整体地形成在一起。

等离子激元激发层19是由等离子体频率高于用发光元件25发出的光激发的载流子生成层17中生成的光的频率（发光频率）的材料制成的微粒层或薄膜层。换言之，在用从发光元件25发出的光激发的载流子生成层17中生成的光的发光频率上，等离子激元激发层19的介电常数为负。

等离子激元激发层19的材料的示例包括金、银、铜、铂、钯、铑、锇、钌、铱、铁、锡、锌、钴、镍、铬、钛、钽、钨、铟、铝及其合金。其中，优选的是，等离子激元激发层19的材料是金、银、铜、铂、铝，或者包含这些金属中的一种作为主要成分的合金。更优选的是，等离子激元激发层19的材料是金、银、铝，或者包含这些金属中的一种作为主要成分的合金。优选的是，形成的等离子激元激发层19的厚度为200nm或更小。更优选的是，形成的等离子激元激发层19的厚度大约在10nm到100nm的范围内。

当多个等离子激元耦合部分11对应于R、G和B像素时，对应于这些像素的等离子激元激发层19可以由不同材料制成。在这一点上，优选的是，对应于R像素的等离子激元激发层19由金或者包含金作为主要成分的合金制成；对应于G像素的等离子激元激发层19由金、银或者包含金或银作为主要成分的合金制成；对应于B像素的等离子激元激发层19由银或者包含银作为主要成分的合金制成。如果有必要的话，等离子激元激发层19和载流子生成层17可以整体地形成在一起，从而连续地形成R、G和B像素。如果该多个等离子激元耦合部分11对应于单色像素，则对应于各个像素的等离子激元激发层19可以由相同材料制成。

根据本实施例的显示元件1如此构成：包括具有在等离子激元激发层19的载流子生成层17侧上层积的第一介电常数层18和基板16的整个结构的入射侧部分（在下文中简称为入射侧部分）的有效介电常数，高于包括具有在等离子激元激发层19的波数矢量转换层23侧上层积的第二介电常数层22和接触波数矢量转换层23的介质的整个结构的出射侧部分（在下文中简称为出射侧部分）的有效介电常数。在等离子激元激发层19的载流子生成层17侧上层积的整个结构包括第一介电常数层18、载流子生成层17和基板16。在等离子激元激发层19的波数矢量转换层23侧上层积的整个结构包括第二介电常数层22和波数矢量转换层23。

换言之，根据第一实施例，就等离子激元激发层19而言的包括基板16、载流子生成层17和第一介电常数层18的入射侧部分的有效介电常数，高于就等离子激元激发层19而言的包括第二介电常数层22、波数矢量转换层23和与波数矢量转换层23相接触的介质的出射侧部分的有效介电常数。

具体而言，等离子激元激发层19的入射侧部分（载流子生成层17侧）的复数有效介电常数的实部，被设置为低于等离子激元激发层19的出射侧部分（波数矢量转换层23侧）的复数有效介电常数的实部。

现在，用ε_l(λ_o)表示第一介电常数层18的复数介电常数，用ε_lr(λ_o)表示其实部，用ε_li(λ_o)表示其虚部，用ε_h(λ_o)表示第二介电常数层22的复数介电常数，用ε_hr(λ_o)表示其实部，并用ε_hi(λ_o)表示其虚部，从而满足1≤ε_lr(λ_o)＜ε_hr(λ_o)的关系，其中λ_o是进入第一（第二）介电常数层的光在真空中的波长。

优选地，发射光的频率的虚部ε_li(λ_o)和虚部ε_hi(λ_o)尽可能低，以便使等离子激元耦合易于发生并降低光损耗。

同样，优选地第一介电常数层18的实部ε_lr(λ_o)尽可能低。由于能够降低进入波数矢量转换层23的光的角度，所以能够有效地从显示元件1中提取所发出的光。相反，优选地第二介电常数层22的实部ε_hr(λ_o)尽可能高。由于能够降低进入波数矢量转换层23的光的角度，所以能够有效地从显示元件1中提取所发出的光。在下文中，除非另有说明，否则介电常数表示所发出的光的频率的复数有效介电常数的实部。

假定用x和y轴表示与等离子激元激发层19的界面平行的方向；用z轴表示与等离子激元激发层19的界面垂直的方向；用ω表示从载流子生成层17出射的光的角频率；用ε(ω,x,y,z)表示就等离子激元激发层19而言的入射侧部分和出射侧部分的电介质的介电常数分布；用k_spp,z表示表面等离子激元的波数的z分量；并用j表示虚数单位，则复数有效介电常数ε_eff可以表示如下。

[公式1]

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eff}}=\frac{\underset{D}{\∫\∫\∫}\mathrm{\ϵ}(\mathrm{\ω},x,y,z)\exp \left(2{\mathrm{jk}}_{\mathrm{spp},z}z\right)}{\underset{D}{\∫\∫\∫}\exp \left(z\right)}$ ...公式(1)

积分范围D是就等离子激元激发层19而言的入射侧部分或出射侧部分的三维坐标形式的范围。换言之，在积分范围D中x轴和y轴方向上的范围是不包括入射侧部分或出射侧部分所包括的结构的外周面上的介质的范围，而是包括与等离子激元激发层19的界面平行的面的外边缘的范围。另一方面，在积分范围D中z轴方向上的范围是入射侧部分或出射侧部分（包括介质）的范围。假定等离子激元激发层19和与其相邻的层之间的界面在z=0的位置处，积分范围D中z轴方向上的范围是从该界面到与等离子激元激发层19的前述相邻层侧上的无限远的范围，并且远离该界面的方向在公式（1）中称为(+)z方向。

另一方面，假定用ε_metal表示等离子激元激发层19的介电常数的实部，用k₀表示真空中光的波数，则表面等离子激元的波数的z成分k_spp,z和表面等离子激元的波数的x和y成分k_spp可以表示如下。

[公式2]

$k_{\mathrm{spp},z}=\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eff}}{k_0}^2-{k_{\mathrm{spp}}}^2}$

...公式(2)

[公式3]

$k_{\mathrm{spp}}=k_0\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eff}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eff}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}}}$

...公式(3)

这样，通过将等离子激元激发层19的入射侧部分的介电常数分布ε_in(ω,x,y,z)和等离子激元激发层19的出射侧部分的介电常数分布ε_out(ω,x,y,z)作为ε(ω,x,y,z)代入到公式(1)、公式(2)和公式(3)中，得到就等离子激元激发层19而言的入射侧部分的复数有效介电常数ε_effin和就等离子激元激发层19而言的出射侧部分的复数有效介电常数ε_effout。实际上，通过给出适当的初始值作为复数有效介电常数ε_eff并且迭代地计算公式(1)、公式(2)和公式(3)，能够容易地得到复数有效介电常数ε_eff。

假定表面等离子激元的有效交互距离是表面等离子激元的强度变为e^-2的距离，则表面等离子激元的有效交互距离d_eff可以表示如下。

[公式4]

$d_{\mathrm{eff}}=\mathrm{Im}\left[\frac{1}{k_{\mathrm{spp},z}}\right]$ ...公式(4)

优选的是，包括光导体12的任何层（除了载流子生成层17和等离子激元激发层19）和与波数矢量转换层23接触的介质的复数介电常数的虚部尽可能小。当复数介电常数的虚部被设置为尽可能小时，等离子激元耦合能够容易地发生，并且能够实现光损耗的降低。

等离子激元耦合部分11的周围介质，即与光导体12和波数矢量转换层23相接触的介质，可以是固体、液体或气体。另外，光导体12侧的周围介质可以与波数矢量转换层23侧的周围介质不同。

优选的是，第一介电常数层18例如是SiO₂纳米棒阵列膜或者SiO₂、AlF₃、MgF₂、Na₃AlF₆、NaF、LiF、CaF₂、BaF₂或低介电常数塑料的多孔膜或薄膜。

优选的是，第二介电常数层22是高介电常数材料，诸如金刚石、TiO₂、CeO₂、Ta₂O₅、ZrO₂、Sb₂O₃、HfO₂、La₂O₃、NdO₃、Y₂O₃、ZnO或Nb₂O₅。

图4是示出等离子激元耦合部分11的波数矢量转换层23的平面图。波数矢量转换层23是出射层，在该出射层上，对进入波数矢量转换层23的光的波数矢量进行转换，从第二介电常数层22中提取光，然后将该光从显示元件1发出。换言之，波数矢量转换层23将从第二介电常数层22出射的光的出射角转换为预定的角度，使得显示元件1发出具有转换后的角度的光。即，波数矢量转换层23使显示元件1以与第二介电常数层22的界面几乎正交的方向发出光。

波数矢量转换层23例如具有：表面起伏栅格；以光子晶体为代表的周期性结构；准周期性结构；包含缺陷的这些结构之一；波长大于从显示元件1发出的光的波长的纹理结构；粗糙表面结构；全息图；或者微透镜阵列。准周期性结构表示准晶体结构，其是具有晶体所不允许的5个对称或10个对称的特殊相干结构。其中，优选的是，波数矢量转换层23是以光子晶体为代表的周期性结构、准周期性结构、包含缺陷的这些结构之一或者微透镜阵列。它们不仅能够提高光提取效率，而且能够控制方向性。当波数矢量转换层23是光子晶体时，优选的是，其具有图4中示出的三角形栅格晶体结构。可以用这样的方式形成波数矢量转换层23：在平面基板上形成周期性凸形结构或周期性凹形结构。

将描述在具有前述结构的显示元件1中，在从发光元件25发出的光进入光导体12之后一直到光从等离子激元耦合部分11的波数矢量转换层23出射期间执行的光的动作。图5是描述在显示元件1中光的动作的剖视图。

如图5中所示，从发光元件25发出的光穿过光导体12的光入射面12a，且全反射地在光导体12中传播。当在光导体12中传播的光到达结构部件24时，结构部件24改变光的方向，然后该光进入反射膜13的开口13a中。这时，如果快门机构14的TFT 14b处于ON（开启）状态，则MEMS快门14a将被移动到开口13a被暴露出来的位置。这样，穿过开口13a的光通过基板16进入载流子生成层17。相反，如果TFT 14b处于OFF（关闭）状态，则MEMS快门14a遮挡光并将其反射到光导体12。穿过反射膜13的开口13a的光进入等离子激元耦合部分11，然后从波数矢量转换层23出射。通过重复这个操作，大多数进入光导体12的光从所希望的构成像素的等离子激元耦合部分11出射。

载流子生成层17用进入其中的光生成载流子。所生成的载流子与等离子激元激发层19中包含的自由电子进行等离子激元耦合。等离子激元耦合使光进入第二介电常数层22。波数矢量转换层23衍射该光，然后该光从显示元件1出射。从等离子激元激发层19和第二介电常数层22之间界面的一个点出射的光具有环形强度分布，其中光在传播时以同心圆形状展开。假定具有最高强度的出射角被称为中心出射角，而从中心出射角到最高强度的一半强度的出射角的角宽度被称为出射角宽度，从第二介电常数层22出射的光的中心出射角和出射角宽度取决于等离子激元激发层19的介电常数和夹住等离子激元激发层19的层的有效介电常数。

假定用Λ表示波数矢量转换层23的周期性结构的节距，用ε_effout表示等离子激元激发层19的出射侧部分（波数矢量转换层23侧）的复数有效介电常数，用ε_m表示周围介质的介电常数，并用λ_o表示从波数矢量转换层23出射的光在真空中的波长，则从波数矢量转换层23出射的光的中心出射角θ_rad可以表示如下。

[公式5]

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{rad}}={\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{\mathrm{Re}\left[\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{effout}}}\right]\sin \mathrm{\θ}-i\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{\mathrm{\Λ}}}{\mathrm{Re}\left[\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_m}\right]}\right)$ ...公式(5)

其中i是正或负整数。

换言之，部分进入载流子生成层17的光以取决于等离子激元耦合部分11特性的方向从显示元件1出射。由于从显示元件1发出的光的发光强度分布仅取决于等离子激元耦合部分11的特性，所以显示元件1可以具有高方向性。换言之，从显示元件1发出的光的发光强度分布不取决于发光元件25的发光强度分布。

图6A到图6E示出显示元件1的等离子激元耦合部分11的制造过程。这些图中示出的制造过程只是示例，因此本发明不限于此。由于在其中形成等离子激元耦合部分11的光阀部分10是公知的透射型光阀，因此将省略对光阀部分10的制造过程的描述。

首先，如图6A中所示，利用旋转涂覆技术在光阀部分10的基板16上涂覆抗蚀膜29。此后，如图6B中所示，利用例如电子束、光刻或印刻技术除去与光导体12上形成的反射膜13的开口13a对应的部分抗蚀膜29。

此后，如图6C所示，利用旋转涂覆技术在基板16上涂覆载流子生成层17。此后，在载流子生成层17上形成第一介电常数层18，并随后利用例如物理气相沉积、电子束气相沉积或溅射技术在第一介电常数层18上形成等离子激元激发层19。此后，在等离子激元激发层19上形成第二介电常数层22。

此后，在载流子生成层17上形成由光子晶体制成的波数矢量转换层23。此后，如图6D中所示，利用旋转涂覆技术在波数矢量转换层23上涂覆抗蚀膜32，并随后利用例如电子束、光刻或印刻技术将光子晶体的相反图案转移到与开口13a对应的抗蚀膜32上。利用干法刻蚀技术将波数矢量转换层23干法刻蚀到所希望的深度。此后，如图6E所示，从基板16上剥离抗蚀膜29和在抗蚀膜29上形成的构成等离子激元耦合部分11的各个层。结果，在与开口13a对应的基板16的预定位置处形成了等离子激元耦合部分11。

如上所述，根据第一实施例的显示元件1中，从波数矢量转换层23出射的光的出射角取决于等离子激元激发层19的入射侧部分的有效介电常数及其出射侧部分的有效介电常数。这样，从显示元件1发出的光的方向性不受发光元件25的方向性限制。另外，利用发光过程中的等离子激元耦合，根据本实施例的显示元件1能够使所发出的光的发射角变窄，并因此提高所发出的光的方向性。换言之，根据本实施例，不管发光元件25的集光率如何，都能够降低从显示元件1发出的光的集光率。另外，由于从显示元件1发出的光的集光率不受发光元件25的集光率限制，因此如果提供多个发光元件25，则当从显示元件1发出的光的集光率保持为低时，能够合并发光元件25的入射光。

下面，将描述根据其它实施例的显示元件。根据其它实施例的显示元件在等离子激元耦合部分或部分结构上不同于根据第一实施例的显示元件。因此，在根据其它实施例的显示元件中，用类似的标号表示那些与第一实施例类似的结构部分，并将省略其描述。

（第二实施例）

图7是示意性地示出根据本发明第二实施例的显示元件的剖视图。根据第二实施例的显示元件在等离子激元耦合部分的结构上不同于根据第一实施例的显示元件1。在根据前述第一实施例的显示元件1中，在等离子激元激发层19中激发的光从波数矢量转换层23出射。根据第二实施例的显示元件与根据第一实施例的显示元件的不同之处在于：在等离子激元激发层中出现的表面等离子激元作为光从波数矢量转换层出射。等离子激元激发层的入射侧部分的有效介电常数被设置为高于等离子激元激发层的出射侧部分的有效介电常数。

如图7中所示，根据第二实施例的显示元件2的等离子激元耦合部分21各自具有层积结构，其中载流子生成层32、等离子激元激发层19和波数矢量转换层33相继层积在光阀部分10的基板16上。

可以在等离子激元激发层19和载流子生成层32之间布置第二介电常数层。或者，可以在等离子激元激发层19和波数矢量转换层33之间布置第一介电常数层。第二介电常数层的介电常数被设置为高于第一介电常数层的介电常数。第一介电常数层和第二介电常数层的厚度须小于从公式（4）获得的厚度。

等离子激元激发层19夹在具有介电常数的两个层之间。根据第二实施例，这两个层对应于载流子生成层32和波数矢量转换层33。在根据该实施例的显示元件2中，就等离子激元激发层19而言的包括基板16和载流子生成层32的入射侧部分的有效介电常数高于就等离子激元激发层19而言的包括波数矢量转换层33和介质的出射侧部分的有效介电常数。

具体而言，等离子激元激发层19的入射侧部分（载流子生成层32侧）的复数有效介电常数的实部被设置为高于等离子激元激发层19的出射侧部分（波数矢量转换层33侧）的复数有效介电常数的实部。

优选的是，包括光导体12（不包括抗蚀膜32和等离子激元激发层19）的任何层和与波数矢量转换层33接触的介质的复数有效介电常数的虚部尽可能小。当复数介电常数的虚部被设置为尽可能小时，使等离子激元耦合易于发生，以便降低光损耗。

将描述在具有前述结构的显示元件2中，在从发光元件25发出的光进入等离子激元耦合部分21之后一直到光从波数矢量转换层33出射期间执行的光的动作。

像根据第一实施例的显示元件1一样，从发光元件25发出的光穿过光阀部分10，然后进入所希望的构成像素的等离子激元耦合部分21。光通过光阀部分10进入载流子生成层32。载流子生成层32生成具有入射光的载流子。所生成的载流子与等离子激元激发层19中获得的自由电子进行等离子激元耦合。通过等离子激元耦合，在等离子激元激发层19与波数矢量转换层33之间的界面处激发表面等离子激元。波数矢量转换层33衍射所激发的表面等离子激元，然后光从显示元件2出射。

如果在等离子激元激发层19与波数矢量转换层33之间的界面处的介电常数是一致的，即该界面是平面，则不能提取在该界面处激发的表面等离子激元。因此，根据本实施例，由于波数矢量转换层33使该界面处的介电常数变化，所以表面等离子激元作为光而被衍射并提取。从波数矢量转换层33的一个点出射的光具有随着光传播而同心展开的环形发光强度分布。假定具有最高强度的出射角被称为中心出射角，并用Λ表示波数矢量转换层33的周期性结构的节距，则从波数矢量转换层33出射的光的中心出射角θ_rad可以表示如下。

[公式6] ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{rad}}={\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{k_{\mathrm{spp}}-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Λ}}}{k_0}\right)$ ...公式(6)

其中i是正整数或负整数。由于在等离子激元激发层19与波数矢量转换层33之间的界面处的波数只是从公式（3）大致获得的波数，因此从公式（6）获得的从波数矢量转换层33出射的光的角度分布同样变窄。

像第一实施例一样，在具有前述结构的根根据第二实施例的显示元件2中，进入第二介电常数层22的一部分光以取决于等离子激元耦合部分21的特性的方向从显示元件2出射。因此，由于从显示元件2发出的光的发光强度分布仅取决于等离子激元耦合部分21的特性，所以显示元件2可以具有高方向性。另外，由于根据第二实施例的显示元件2比根据第一实施例的显示元件1的层数少，所以能够减少制造过程的步骤数量。

（第三实施例）

图8是示意性示出了根据本发明第三实施例的显示元件的剖视图。根据第三实施例的显示元件在等离子激元耦合部分的结构方面不同于根据第一实施例的显示元件1。

如图8所示，根据第三实施例的显示元件3的等离子激元耦合部分31具有层积结构，其中基底层28、载流子生成层37和等离子激元激发层39相继层积在光阀部分10的基板16上。根据第三实施例的等离子激元激发层39具有周期性结构39a，周期性结构39a具有前述波数矢量转换层23和33的功能。周期性结构39a具有一维或二维栅格结构（崎岖结构）。同样，基底层28和载流子生成层37具有形状与等离子激元激发层39的周期性结构39a相同的周期性结构。

当光进入载流子生成层37时，在等离子激元激发层39和与其接触的介质之间的界面及在载流子生成层37和等离子激元激发层39之间的界面出现表面等离子激元。这些表面等离子激元可以作为光以满足如下的公式（9）的方向从等离子激元激发层39中提取。

具体而言，用ω表示从载流子生成层37出射的光在真空中的角频率，用c表示真空中的光速，用ε_metal表示等离子激元激发层39的介电常数，用ε_sub表示载流子生成层37的介电常数，用ε_medi表示与等离子激元激发层39接触的介质的介电常数，用k_spp.medi表示在等离子激元激发层39和与其接触的介质之间的界面处的表面等离子激元的波数，用k_spp.sub表示载流子生成层37和等离子激元激发层39之间的界面处的表面等离子激元的波数，用K_x表示在等离子激元激发层39的周期性结构39a的x方向上的波数矢量，并用K_y表示在等离子激元激发层39的周期性结构39a的y方向上的波数矢量（其中xy平面是平行于基板16的平面）。

[公式7]

$k_{\mathrm{spp},\mathrm{medi}}=\frac{\mathrm{\ω}}{c}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{medi}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{medi}}}}$

...(7)

[公式8]

$k_{\mathrm{spp},\mathrm{sub}}=\frac{\mathrm{\ω}}{c}\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{subi}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{metal}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{sub}}}}$

...(8))

[公式9]

$k_{\mathrm{spp},\mathrm{medi}}+{\mathrm{mK}}_x+{\mathrm{nK}}_y=\frac{\mathrm{\ω}}{c}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{medi}}}\sin \mathrm{\θ}...\left(9\right)$

[公式10]

k_spp，medi+mK_x+nK_y＝k_spp，sub

...(10)

光以满足公式（9）的角θ的方向从等离子激元激发层39出射。在这种情况下，m和n是正整数或负整数。当满足公式（10）时，从显示元件3发出的光强度最高。

图9A到图9H示出根据第三实施例的显示元件3的等离子激元耦合部分的制造过程。

首先，如同9A中所示，利用旋转涂覆技术在光阀部分10的基板16上涂覆抗蚀膜34。此后，如图9B所示，利用例如电子束、光刻或印刻技术除去与在光导体12上形成的反射膜13的开口13a对应的部分抗蚀膜34。

此后，如图9C中所示，利用诸如旋转涂覆、气相沉积或溅射技术之类的薄膜涂覆技术在基板16上形成基底层28和抗蚀膜35。此后，如图9D和图9E中所示，利用电子束、光刻或印刻技术在抗蚀膜35上画出等离子激元激发层39的希望图案，然后利用湿法或干法刻蚀技术将该图案转移到基底层28上。

此后，如图9F中所示，从基底层28中除去抗蚀膜35，然后如图9G中所示，利用诸如旋转涂覆、气相沉积或溅射技术之类的薄膜形成技术在基底层28上相继形成载流子生成层37和等离子激元激发层39。最后，如图9H中所示，沿着抗蚀膜34，从基板16上剥离在抗蚀膜34上形成的构成等离子激元耦合部分31的各个层。结果，在基板16上与开口13a对应的预定位置处形成等离子激元耦合部分31。应该意识到，这个制造过程仅是示例，因此本发明不限于此。

具有前述结构的第三实施例能够获得与第一和第二实施例相同的效果，因此能够实现具有高亮度和高方向性的显示元件。另外，由于根据第三实施例的显示元件的层数小于根据第一和第二实施例的层数，所以能够减少制造过程的步骤数量。

根据第一至第三实施例，将快门机构14布置在等离子激元耦合部分11、21和31的入射侧。作为替代，可以将快门机构14布置在等离子激元耦合部分11、21和31的出射侧。在这种情况下，像前述实施例一样，能够提高从显示元件发出的光的方向性。然而，在这种情况下，由于穿过光导体12的光进入等离子激元耦合部分，因此在关闭了快门机构14的像素中发生光损耗。因此，前述实施例的结构是优选的。

（第四实施例）

图10是示意性示出了根据本发明第四实施例的显示元件的剖视图。根据第四实施例的显示元件与根据第一至第三实施例的显示元件的不同之处在于光阀部分具有多个光学连接机构，作为在从发光元件发出的光的透射状态和遮挡状态之间切换的多个光学快门装置。由于根据第四实施例的等离子激元耦合部分与根据第二实施例的等离子激元耦合部分21相同，因此将省略其描述。

如图10中所示，根据第四实施例的显示元件4的光阀部分40具有：光导体42，从发光元件25发出的光进入光导体42中；光学连接机构49，其布置在从光导体42出射的光所进入的位置处；和基板46，多个等离子激元耦合部分21布置在基板46上。

光学连接机构49具有：在基板46与光导体42之间形成空间的垫片44，固定于基板46的连接部分45，和移动连接部分45的一对透明电极43和47。光学连接机构49例如是所谓的TMOS（时间复用光学快门）。

连接部分45布置在等离子激元耦合部分21下面，使得透明电极47和基板46被夹在连接部分45和等离子激元耦合部分21之间。连接部分45具有二维周期性结构。透明电极43布置在光导体42上，而透明电极47布置在基板46上。与等离子激元耦合部分21相对应地布置的透明电极47整体形成在基板46上。根据本实施例的等离子激元耦合部分21布置于在基板46上形成的透明电极47上。

在光学连接机构49中，当在这一对透明电极43与47之间施加电压时，二者之间产生静电力，从而使透明电极47和基板46变形。当透明电极47和基板46变形时，连接部分45在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置处，从发光元件25发出的光穿过基板46，在第二位置处，从发光元件25发出的光不穿过基板46。当连接部分45移动到第一位置时，它们接触到透明电极43。因此，布置在基板46上的所希望的等离子激元耦合部分21光学连接到光导体42。

在根据第四实施例的显示元件4中，包括在等离子激元激发层19的载流子生成层32侧层积的整个结构、透明电极47和基板16的入射侧部分的有效介电常数，被设置为高于包括在等离子激元激发层19的波数矢量转换层33侧层积的整个结构和与波数矢量转换层33接触的介质的出射侧部分的有效介电常数。

根据第四实施例的显示元件4以与第二实施例相同的方式利用表面等离子激元，并获得与前述实施例相同的效果。因此，第四实施例能够实现具有高亮度和高方向性的显示元件。

根据第四实施例的显示元件4的等离子激元耦合部分可以是根据第一至第三实施例的等离子激元耦合部分。

（第五实施例）

图11是示意性地示出根据本发明第五实施例的显示元件的剖视图。根据第五实施例的显示元件与根据其它实施例的显示元件的不同之处在于：使用液晶面板作为光阀部分，并将包含在液晶面板中的液晶分子用作多个光学快门装置。根据第五实施例的等离子激元耦合部分与根据第二实施例的等离子激元耦合部分21相同，因此将省略其描述。

如图11中所示，根据第五实施例的显示元件7的光阀部分70包括：具有一对玻璃基板72和77的液晶面板，在这一对玻璃基板72和77上分别形成了配向膜73和76；分别通过配向膜73和76夹在玻璃基板72和77之间的液晶层78；和布置在玻璃基板72和77之间的垫片74。液晶层78具有与构成等离子激元耦合部分21的像素相对应地布置的液晶分子78a。在液晶层78中，多个由被垫片74围绕的液晶分子78a组成的像素被以矩阵形状布置。优选的是，垫片74由对可见光而言透明的材料制成。

根据本实施例，由于液晶面板用作光阀部分70，因此使透过液晶面板的光偏振的偏振层76夹在组成液晶面板的玻璃基板77和配向膜75之间。另外，根据本实施例，与多个像素对应的多个等离子激元耦合部分21在玻璃基板77上整体地形成在一起。另外，发光元件（未示出）布置在液晶面板的入射侧。

在根据第五实施例的显示元件7中，就等离子激元激发层19而言的包括显示元件7和载流子生成层32的入射侧部分的有效介电常数高于就等离子激元激发层19而言的包括波数矢量转换层33和介质的出射侧部分的有效介电常数。

由于具有前述结构的根据第五实施例的显示元件7使用了相对便宜的液晶面板作为光阀部分70，因此可以降低显示元件的制造成本。另外，第五实施例能够获得与前述实施例相同的效果，并实现具有高亮度和高方向性的显示元件。

根据第五实施例的等离子激元耦合部分可以是根据第一至第三实施例的等离子激元耦合部分11、21或31。如果有必要的话，包括液晶面板的光阀部分70可以布置在等离子激元耦合部分的出射侧。

在前述实施例中，当等离子激元耦合部分布置在发光元件的光透过的透射型光阀部分（未示出）的出射侧时，可以使用根据第一至第三实施例的任意一种等离子激元耦合部分。

（示例1）

图12示出了从根据第一实施例的显示元件1出射的光的角度分布。在图12中，横轴表示从显示元件1出射的光的出射角，而纵轴表示该光的强度。

制备由SiO₂制成的基板16、由包含PVA（聚乙烯醇）作为主要成分的荧光物质制成的载流子生成层17、由多孔SiO₂制成的第一介电常数层、由Ag制成的等离子激元激发层19、由TiO₂制成的第二介电常数层22、和由TiO₂制成波数矢量转换层23，使得它们的厚度分别为0.5mm、70nm、10nm、50nm、10μm和950nm。从载流子生成层17发出的光的波长为460nm。波数矢量转换层23的周期性结构的节距和占空比分别设置为280nm和0.5。多孔SiO₂的介电常数为1.12。

为简单起见，在两个维度中执行计算。当将使从发光元件2发出的光的强度减半的全幅角度定义为发射角度时，波长为460nm的光的发射角度为±2.0(度)。尽管图12示出了在出射角为±5(度)时强度几乎为“0”的点，但它们是由于计算精度而出现的。因此，实际上，获得了表示将图12中示出的点连接起来的曲线的发光强度分布。当该周期性结构的节距从280nm开始变化时，获得了具有两个分离的波峰的发光强度分布。

因此，在根据本实施例的显示元件中，在提高了从该显示元件发出的光的发射角度的方向性并适当调整了波数矢量转换层23的栅格结构时，发射角度能够缩小到±5度之内，以便进一步提高方向性。

（示例2）

图13示出了从根据第二实施例的显示元件2发出的光的角度分布。在本示例中，执行了对第一介电常数层18和第二介电常数层22布置在等离子激元耦合部分11中的结构的计算。在图13中，横轴表示从显示元件2出射的光的出射角，而纵轴表示该光的强度。

制备由SiO₂制成的基板16、由包含PVA作为主要成分的荧光物质制成的载流子激发层17、由多孔SiO₂制成的第一介电常数层18、由Ag制成的等离子激元激发层19、由Al₂O₃制成的第二介电常数层22、和由PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）制成的波数矢量转换层23，使得它们的厚度分别为0.5mm、100nm、10nm、50nm、10nm和100nm。多孔SiO₂的介电常数为1.12。波数矢量转换层23的周期性结构的深度、节距和占空比分别被设置为100nm、421nm和0.5。尽管在这种条件下发出的光的发光强度分布类似于高斯函数而不是环形，但当节距从321nm变化时，波峰被劈开，并因此获得环形的发光强度分布。等离子激元激发层19夹在第一介电常数层18和第二介电常数层22之间的示例2的发光强度分布高于示例1的发光强度分布。

在示例2中，根据公式（1），等离子激元激发层19的出射侧部分和入射侧部分的有效介电常数分别变为1.48和2.52。根据公式（2），在表面等离子激元的出射侧和入射侧的z方向上的波数的虚部分别变为8.96×10⁶和1.71×10⁷。假定表面等离子激元的有效交互距离是表面等离子激元的强度变为e^-2的距离，则由于1/Im(k_spp,z)，在出射侧和入射侧的表面等离子激元的有效交互距离分别变为112nm和58nm。

根据本实施例的显示元件可适用于图像显示设备的显示元件。另外，根据本实施例的显示元件可以用于投影显示设备的显示元件、诸如移动电话或PDA（个人数字助理）之类的电子设备的显示元件或显示设备。

最后，将参考附图描述作为应用了根据前述第一至第五实施例每一个的显示元件的投影显示设备的、具有固态光源的投影仪的结构的示例。图14是示意性地示出了具有根据本发明实施例的固态光源的投影仪的透视图。

如图14中所示，具有根据本发明实施例的固态光源的投影仪具有多个发光元件25a、25b和25c，以及发光元件25a、25b和25c的光进入其中的红色（R）显示元件8r、绿色显示元件8g和蓝色显示元件8b。另外，具有固态光源的投影仪具有：合并由显示元件8r、8g和8b调制的R、G和B光的十字分色棱镜；以及包括将从投影光学系统83出射的光投影到诸如屏幕之类的投影平面上的投影镜头（未示出）的投影光学系统83。这种具有固态光源的投影仪具有三面板型（three-panel type）投影仪的结构。

根据本发明每个实施例的显示元件可应用于图15中示出的单面板型投影仪。图15是示意性地示出具有根据本发明的另一实施例的固态光源的投影仪的透视图。

如图15中所示，具有根据另一实施例的固态光源的投影仪具有：多个发光元件25u；从发光元件25u发出的光进入的显示元件9；和包括将从显示元件9发出的光投影到诸如屏幕之类的投影平面上的投影镜头（未示出）的投影光学系统83。显示元件9的等离子激元耦合部分（未示出）具有载流子生成层（未示出），这些载流子生成层由对于与R、G和B相对应的每个像素而不同的材料制成。

当将根据本发明实施例的显示元件应用于具有根据图14和图15中示出的实施例的固态光源的投影仪时，能够提高投影图像的亮度。

已经参考实施例描述了本发明。然而，本领域的技术人员应该理解的是，可以在不脱离本发明范围的情况下以各种方式改变本发明的结构和细节。

本申请要求基于2010年5月14日递交的日本专利申请JP 2010-112073的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

符号说明

1显示元件

10光阀部分

11等离子激元耦合部分

14快门机构

16基板

17载流子生成层

18第一介电常数层

19等离子激元激发层

22第二介电常数层

23波数矢量转换层

25发光元件

Claims (15)

1.一种显示元件，包括：

光阀部分，其具有多个光学快门装置和基板，所述多个光学快门装置在从发光元件发出的光的透射状态和遮挡状态之间切换，从所述多个光学快门装置出射的光透过所述基板；和

等离子激元耦合部分，其布置在所述基板上，并且使得利用从所述光阀部分出射的光发生等离子激元耦合；

其中，所述等离子激元耦合部分包括：

载流子生成层，其利用从所述光阀部分出射的入射光生成载流子；

等离子激元激发层，其层积在所述载流子生成层上方，并且具有的等离子体频率高于利用从所述发光元件发出的光激发的所述载流子生成层中生成的光的频率；和

出射层，其层积在所述等离子激元激发层上方，并且将在所述等离子激元激发层中生成的光或者表面等离子激元转换为具有预定出射角的光；并且

其中，所述等离子激元激发层夹在具有介电常数的所述载流子生成层或一介电常数层中的一者与具有介电常数的所述出射层或另一介电常数层中的一者之间。

2.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述等离子激元激发层夹在一对所述介电常数层之间，并且

其中，与所述等离子激元激发层的所述载流子生成层侧相邻的所述介电常数层的介电常数低于与所述等离子激元激发层的所述出射层侧相邻的所述介电常数层的介电常数。

3.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，包括在所述等离子激元耦合部分的所述等离子激元激发层的所述载流子生成层侧上层积的整个结构和所述基板的入射侧部分的有效介电常数，低于包括在所述等离子激元激发层的所述出射层侧上层积的整个结构和与所述出射层相接触的介质的出射侧部分的有效介电常数。

4.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述等离子激元激发层夹在一对所述介电常数层之间，并且

其中，与所述等离子激元激发层的所述载流子生成层相邻的所述介电常数层的介电常数，高于与所述等离子激元激发层的所述出射层侧相邻的所述介电常数层的介电常数。

5.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，包括在所述等离子激元耦合部分的所述等离子激元激发层的所述载流子生成层侧上层积的整个结构和所述基板的入射侧部分的有效介电常数，高于包括在所述等离子激元激发层的所述出射层侧上层积的整个结构和与所述出射层相接触的介质的出射侧部分的有效介电常数。

6.根据权利要求3所述的显示元件，

其中，所述有效介电常数是基于以下各项确定的：所述入射侧部分或者所述出射侧部分中的电介质的介电常数分布，以及所述入射侧部分或者所述出射侧部分中的与所述等离子激元激发层的界面垂直的方向上表面等离子激元的分布。

7.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述光阀部分具有光导体，从所述发光元件发出的光进入该光导体中，并且

其中，所述光导体具有透射区，从所述发光元件发出的光通过该透射区进入所述等离子激元耦合部分。

8.根据权利要求7所述的显示元件，

其中，所述等离子激元耦合部分被与所述透射区相对地布置。

9.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述多个光学快门装置中的每个包括：

快门部件，其在从所述发光元件发出的光所穿过的透射区的打开状态和关闭状态之间切换，和

驱动机构，其驱动所述快门部件。

10.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述多个光学快门装置中的每个包括：

连接部分，其被固定到所述基板，和

一对电极，其将所述连接部分移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置处，从所述发光元件发出的光穿过所述基板，在所述第二位置处，从所述发光元件发出的光不穿过所述基板。

11.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述光阀部分具有包括所述基板的液晶面板，并且

其中，所述多个光学快门装置中的每个由构成所述液晶面板的液晶分子制成。

12.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述出射层由光子晶体制成。

13.根据权利要求1所述的显示元件，

其中，所述等离子激元激发层包括红色像素、绿色像素和蓝色像素，红色像素由Au或者包含Au为主要成分的合金制成，绿色像素由Au、Ag或者包含Au或Ag为主要成分的合金制成，蓝色像素由Ag或者包含Ag为主要成分的合金制成。

14.一种显示设备，包括：

根据权利要求1所述的显示元件；和

至少一个发光元件。

15.一种投影显示设备，包括：

根据权利要求14所述的显示设备；和

投影光学系统，其利用从所述显示设备出射的光对投影图像进行投影。