CN1533512A - 光调制元件、显示元件及曝光元件 - Google Patents

光调制元件、显示元件及曝光元件 Download PDF

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Abstract

本发明的主题是提供一种光调制元件，具有提高的能量效率，并且以较低的成本放置了对比度的下降，无需使用采用了波导或光波导板的显示技术，以及提供一种能够产生高质量显示图像的显示元件和一种能够进行曝光处理的曝光元件。在本发明中，所述光调制元件包括：全反射光学件(2)，具有以下特性：在由光调制元件构成的层的界面(全反射平面)(22)上全反射至少部分引入到光调制元件中的入射光，而且入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出；以及光耦合元件(6)，放置在全反射光学件(2)的全反射平面(22)侧，用于有选择地与入射光耦合，并从全反射平面(22)引出入射光。

Description

光调制元件、显示元件及曝光元件
技术领域
本发明涉及一种将平面入射光引入其中以产生所需图像的平板光调制元件及显示元件，而且还涉及一种曝光元件。
背景技术
在其中相对于幅度(强度)、相位、传播方向等来调整入射光以处理/展现图像或有图案的数据的器件是光调制元件。在光调制元件中，通过施加在基片上的外场来改变传播光的基片的折射率，并通过如折射、衍射、吸收或散射等光学现象来控制最终通过此基片或由此基片反射的光的强度。这种光调制元件的示例包括利用了液晶的电化学效应的液晶光调制元件。这种液晶光调制元件有利于应用在作为薄板显示元件的液晶显示器中。公知的光发射薄板显示元件有等离子体显示器、FED(场发射显示器)等。液晶光调制元件有利于应用在作为薄板显示元件的液晶显示器中。
液晶显示器的典型示例具有通过以下过程形成的结构：将向列液晶填充在其上形成了导电透明薄膜的一对基片之间的空间中，从而定向液晶平行于每个基片，并在两个基片之间扭转90°，密封所得到的封装，并利用横向偏振片将此封装夹在中间。在此液晶显示器中，在将电压施加在导电透明薄膜之间时，定向每个液晶分子的主轴，从而垂直于基片，改变了由背光发出的光的透射率。从而，根据透射率的这种改变，产生了图像。为了获得对动态图像的令人满意的适用性，使用了一种采用了TFT(薄膜晶体管)的有源矩阵液晶板。
等离子体显示器具有以下结构：包括在其间密封了如氖、氦或氙等稀有气体的两块玻璃板，并且在这两块玻璃板之间、对应于放电电极、规则地设置了多个垂直电极。在这种结构中，每对相对电极的交点用作象素单元。
在这种等离子体显示器中，根据图像信息，将电压有选择地施加在与给定的交点相对应的相对电极上，从而使交点放电并发光。所得到的紫外线使荧光体激励发光，从而产生图像。
FED具有平板显像管结构，包括一对以最小距离面对面放置并将其四周密封的板。观看侧板具有放置在其内表面上的荧光薄膜，而背侧板具有放置于各个单元发光区的场发射阴极。典型的场发射阴极被称为发射器尖端的微细圆锥形凸出形状的场发射型微阴极。
在这种FED中，利用发射器尖端放出电子，并进行加速，使其撞击在荧光体上，从而激发荧光体。由此，产生图像。
但是，上述现有的平板显示元件具有以下问题。首先，液晶显示器的问题在于，由于使背光发出的光通过包括偏振片、透明电极和滤色片在内的多个层，光利用效率较低。液晶显示器的其他问题包括液晶的一些特性，即，由于观看角度相关而引起的图像质量的恶化，以及由于较低的响应速率而引起的动态图像质量的恶化，以及采用TFT的大面积显示器的成本问题。等离子体显示器的缺点是，由于应当为每个象素形成放电隔壁，难以在分辨率较高时，以较高的效率获得高亮度，而且因为高操作电压是不可避免的，等离子体显示器较为昂贵。此外，FED的缺点在于，因为要将板的内部抽空到非常高的真空，从而使放电能够高效稳定地发生，其制造成本与等离子体显示器一样高。FED的另一个缺点是，需要高压，以便对由场发射得到的电子进行加速，并使其撞击在荧光体上。
作为消除上述多个问题的显示器，最近研发了一种平板显示元件，其中通过机电运动改变柔性薄膜的位置，并根据此位置变化，对光源发出的光进行调制，以产生图像。有多种模式来产生机电运动，如利用电压施加的压电效应的模式，以及利用由电流施加而引起的电磁力的模式。但是，尤其是利用静电力的模式能够以降低的电能消耗，以较低的电压实现几个微秒或更短的短操作时间，只要光调制柔性薄膜所需的位置变化最大为大约1μm。此外，由于利用电压的位置变化表现出滞后现象，在二维阵列构造中，具有高对比度的无源矩阵操作是可能的，而如TFT等有源元件是不必需的。因此，能够以较低的成本生产大面积的平板显示元件。这类平板显示元件的示例包括以下参考文献中所描述的那些光波导板型平板显示元件。
·Large-area Micromechanical Display IDRC 1997，230～233页
·美国专利5,771,321
·JP-T-2000-505911(这里所使用的术语“JP-T”表示PCT专利申请的公开日文译本。)
图29是部分光波导板型平板显示元件80的截面图。此显示元件包括光波导板(或波导)82和与光波导板82的一侧的边缘光学连接的棱镜84。如图所示，从光源(如白光源、LED或激光器等)86通过此棱镜84引入光，并通过光波导板82内的全反射对光进行引导。此显示元件具有放置在光波导板82的上方从而能够与光波导板82相分离/接触的柔性薄膜88。这些柔性薄膜88和光波导板82均具有形成在其表面上的电极层89。在将驱动电压施加在柔性薄膜88的电极层89上时，此薄膜88与光波导板82的表面接触，破坏了光波导板82的表面上的全反射条件，使光从光波导板82中射出。另一方面，并未施加驱动电压的柔性薄膜88保持与光波导板82的表面相分离，并且没有光从这里射出。通过这样有选择地将驱动电压施加到柔性薄膜88的电极层89上，在光波导板82的表面上产生了显示图像。
平板显示元件的其他示例包括以下参考文献中所描述的平板显示元件。
Waveguide Panel Display Using Electromechanical SpatialModulators，1998 SID International Symposium Digest of TechnicalPapers，1022～1025页
在上述参考文献中所描述的平板显示元件具有如图30所示的构造，包括：前侧玻璃91、设置在玻璃91上方的平行光波导92、以及通过具有微透镜93的光透射材料94与光波导92的边缘相连的LED(发光二极管)阵列95。LED阵列95包括一维设置的发光部分，而且各个发光部分对应于相应的光波导92。沿与光波导92垂直的方向，将平行间隔的柔性薄膜(光开关)96放置在光波导92的上方。将背侧玻璃97放置在柔性薄膜96的上方，从而只与柔性薄膜96部分接触。背侧玻璃97以能够改变其位置的方式，支撑这些柔性薄膜96。
在具有这种构造的平板显示元件90中，在将电压施加在给定柔性薄膜96上面的电极上时，如图31所示，柔性薄膜96通过静电压力向光波导92移动其位置。另一方面，LED阵列95根据图像信号，与位置移动同步发光。结果，将通过全反射沿光波导92前进的光引入到柔性薄膜96中，由放置在柔性薄膜96中的镜子98反射，然后，沿几乎与之垂直的方向再次注入到光波导92中。沿几乎与之垂直的方向注入到光波导92中的光不能保持满足全反射条件的入射角，因此，通过光波导92，并从前侧玻璃91射出。
按照此平板显示元件90，由于通过静电压力来改变柔性薄膜的位置，能够以高响应速率操作柔性薄膜96。此外，与液晶显示器中不同，光并未通过多个层，而且与等离子体显示器不同，此显示元件既不需要形成放电部分中的隔壁，也不需要高压驱动电路。因此，可以实现高速、便宜的平板显示元件。
但是，在上述光波导型平板显示元件80和90中，通过其中经由与光波导板一侧边相连的棱镜或者经由光波导板/波导的边缘引入入射光的方法，来引入入射光。但是，薄板形的光波导板/波导具有较小的可用于入射的边缘面积，而且往往与入射光之间具有较弱的耦合效率。此外，由于期望在光波导板和波导中获得更多的厚度缩减和更大的面积，可用于入射的边缘面积有越来越小的趋势，存在着削弱耦合效率的担心。此外，对于入射光(光源)的形状和入射位置存在限制。即，限制了光源的尺寸和数量，而不能引入高输出的光。此外，入射光应当具有束/线形，这对光源的种类提出了限制，或者另外需要一个光学系统来形成这种形状。结果，问题是，使制造过程复杂，增加了成本。
在平板显示元件80中，当位于距光波导的光路中上游的元件针对图像产生变为开状态时，引入到位于距此元件的光路中的下游的区域中的光衰减，引起了所谓的串扰，从而削弱了图像质量。此外，还存在这样的问题，从开状态元件发出的泄漏光降低了该元件周围的图像的对比度。另一方面，在平板显示元件90中，由于将高输出光注入到较薄的光波导中，在光波导中产生了光耦合损耗，导致了光利用效率的下降。此外，即使在波导的某一部分中具有轻微缺陷的情况下，仍将从此部分发出泄漏光。因此，显示元件90具有易于降低图像质量的构造。
发明内容
考虑到上述现有问题而实现的本发明的目的是提供一种光调制元件，消除了使用采用了波导或光波导板的显示技术的必要性，能够使用任何所需背光，而且在以低成本防止了对比度下降的同时，提高了能量效率。本发明的另一目的是提供一种能够产生高质量显示图像的显示元件。另一目的是提供一种能够进行曝光处理的曝光元件。
为了实现这些目的，(1)按照本发明的光调制元件是一种具有平板形状的光调制元件，其特征在于包括：全反射光学件，具有以下特性：在由光调制元件构成的层的界面上全反射至少部分引入到光调制元件中的入射光，而且入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出；以及光耦合元件，放置在全反射光学件的全反射平面侧，用于有选择地与入射光耦合，并从全反射平面引出入射光。
在这种光调制元件中，使已引入的入射光撞击在全反射光学件上。在将入射光引入到全反射光学件中以后，在由光调制元件构成的层的界面上全反射至少部分已引入的入射光，同时入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出。将用于与入射光耦合并引出入射光的光耦合元件有选择地靠近此全反射光学件的全反射平面放置，借此，由靠近放置的光耦合元件引出要被全反射的光，并朝向入射光光路前侧射出。因此，可以将平面入射光高效地引入到光调制元件中，并且可以按照光耦合元件的靠近放置的状态，有选择地实现光调制。
(2)所述光调制元件的特征可以在于所述入射光是平面光。
在这种光调制元件中，由于要引入到光调制元件中的光是平面光，降低了光路中的损耗，并且在保持平面状态的同时，能够将平面入射光高效地引入到光调制元件中。因此，可以获得提高了能量效率的构造。
(3)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件通过改变所述全反射平面上的入射光全反射条件来引出所述入射光。
在这种光调制元件中，在将光耦合元件靠近全反射光学件的全反射平面放置时，则全反射平面上的全反射条件发生变化，结果，引入到全反射光学件中的入射光与光耦合元件相耦合并被引出。
(4)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件包括柔性薄膜，所述柔性薄膜被支撑以致于能够通过机电运动，靠近所述全反射光学件的全反射平面。
这种光调制元件具有其中通过如利用通过电压施加而引起的静电力的方法、利用电压施加的压电效应的方法以及利用通过电流施加而引起的电磁力的方法等多种方法中的任何一个使光耦合元件靠近全反射光学件的全反射平面的构造。从而，可以实现具有良好响应特性的省电光开关。
(5)所述光调制元件的特征可以在于所述机电运动是由静电力引起的运动。
这种光调制元件具有其中通过静电力操作光耦合元件从而使柔性薄膜靠近全反射光学件的全反射平面达到几个微米或更短的距离的构造。从而，能够利用缩减的功率消耗，以较低的电压进行高速操作。
(6)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件包括其中包含有在向其施加电场时光学特性发生变化的液晶的层。
在这种光调制元件中，光耦合元件基于由于施加了电场而引起的液晶光学特性上的变化来改变全反射条件。因此，可以利用便宜的构造实现光开关。
(7)所述光调制元件的特征可以在于将所述光耦合元件按照一维阵列设置在所述全反射光学件的上方。
由于这种光学调制元件具有包括按照一维阵列设置在全反射光学件上方的光耦合元件的构造，可以是能够一维同时调制的光调制元件。
(8)所述光调制元件的特征可以在于将所述光耦合元件按照二维阵列设置在所述全反射光学件的上方。
由于这种光学调制元件具有包括按照二维阵列设置在全反射光学件上方的光耦合元件的构造，可以是能够二维同时调制并能够产生图像的光调制元件。
(9)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件与无源矩阵操作装置相连。
在这种光调制元件中，光耦合元件尤其是通过静电力进行操作的光耦合元件。例如，在将电压施加在放置在全反射光学件的全反射平面侧的电极与放置在部分支撑的柔性薄膜上的电极之间时，则柔性薄膜朝向全反射光学件的全反射平面移动其位置。通过适当地选择此柔性薄膜的形状和如弹性常数等机械特性、柔性薄膜与全反射平面之间的间隙距离等因素，使施加电压而改变位置的特性表现出滞后现象。例如，可以按照如下方式利用此滞后现象。在全反射光学件的全反射平面侧放置两个或更多个带状电极以构成信号电极，而在柔性薄膜上设置两个或更多个与上述电极相垂直的带状电极以构成扫描电极。将电位适当地施加在这些信号电极和扫描电极上。从而，能够以高对比度控制二维设置的象素中任何所需的一个或多个的透射率，而无需使用如TFT等有源元件。即，无源矩阵操作成为可能，由此可以实现具有大面积的便宜光调制元件。
(10)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件具有改变引出光的路径的光路偏转器。
在这种光调制元件中，改变由光耦合元件所引出的光的路径。因此，来自光学元件的输出光可以沿特定的方向会聚或发散。
(11)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器基于折射来改变所引出的光的路径。
在这种光调制元件中，通过折射来改变通过光耦合元件而引出的光的路径，借此，在保持光量的同时，可以进行光路改变。
(12)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器包括任意透镜阵列、棱镜阵列和渐变折射率透镜体。
对于这种光调制元件，适合于从包括透镜阵列、棱镜阵列和渐变折射率透镜体在内的光学元件中选择适合于大规模生产的光学元件。因此，在降低成本的同时，可以表现出令人满意的性能。
(13)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器基于衍射来改变所引出的光的路径。
在这种光调制元件中，通过衍射来改变通过光耦合元件而引出的光的路径，借此，能够以较高的精确度来调整光路。
(14)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器包括任意体全息图、相位调制衍射光栅和幅度调制衍射光栅。
这种光调制元件可以通过如光敏聚合物方法或注模方法等的转印进行大规模生产。因此，可以降低光学元件本身的成本。
(15)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器基于光漫射或光散射来改变所引出的光的路径。
在这种光调制元件中，由于通过光漫射或光散射来改变光路，可以沿任何所需的方向射出所引出的光。
(16)所述光调制元件的特征可以在于所述光路偏转器是任意多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、以及在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
对于这种光调制元件，适合于选择适于大量生产的多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、以及在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。因此，可以降低光学元件本身的成本。
(17)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件具有特定波长分量吸收装置，吸收并发出所引出的光的特定波长分量。
在这种光调制元件中，在发光之前，吸收所引出的光的波长分量中具有特定波长的分量。因此，即使在引入相同种类的入射光时，仍然可以有选择地获得不同颜色的输出光。
(18)所述光调制元件的特征可以在于所述光耦合元件均具有在接收到所引出的光时表现出激励发光的荧光体。
由于这种光调制元件具有在所引出的光的作用下表现出激励发光的荧光体，根据荧光体的发光，可以获得具有两个或更多个颜色的输出光。
(19)所述光调制元件的特征可以在于具有在接收到由所述光耦合元件所引出的输出光时表现出激励发光的荧光体。
在这种光调制元件中，例如，将荧光体放置在光耦合元件的光路前侧，借此可以将通过光耦合元件引出的输出光转变为具有任意所需波长的光。
(20)所述光调制元件的特征可以在于所述全反射光学件具有放置在其中的改变光路的光学元件，而且将至少部分引入到所述全反射光学件中的平面入射光引入到改变光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
在这种光调制元件中，放置了改变入射光的光路的光学元件，并将平面入射光引入到此光路改变光学元件中。由光路改变光学元件将平面入射光的光路改变到特定的方向或任意所需的方向，而且实质上，在由全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射全部光线。因此，对于入射光的形状、引入的位置以及光源的种类都不存在限制，而且平面入射光在保持平面状态的同时，可以直接高效地被引入。因此，可以在所需的界面，高效地获得全反射后的平面光。此外，可以构成没有任何角度依赖性而且未表现出任何吸收的反射器。由于从光调制元件实质上未发出任何透射光，可以提高光利用效率。
(21)所述光调制元件的特征可以在于所述全反射光学件具有放置在其中的选择光路的光学元件，而且将至少部分引入到所述全反射光学件中的平面入射光引入到选择光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
在这种光调制元件中，放置了选择入射光的光路的光学元件，并将平面入射光引入到此光路选择光学元件中。由光路选择光学元件将平面入射光的光路改变到特定的方向或任意所需的方向，而且实质上，在由全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射全部光线。因此，对于入射光的形状、引入的位置以及光源的种类都不存在限制，而且平面入射光在保持平面状态的同时，可以直接高效地被引入。因此，可以在所需的界面，高效地获得全反射后的平面光。此外，可以构成没有任何角度依赖性而且未表现出任何吸收的反射器。由于从光调制元件实质上未发出任何透射光，可以提高光利用效率。
(22)所述光调制元件的特征可以在于所述全反射光学件具有沿着所述全反射光学件的厚度方向、从入射光引入侧按照顺序放置在其中的改变光路的光学元件和选择光路的光学元件，而且在将平面入射光引入到改变光路的所述光学元件中时，则将至少部分所引入的入射光引入到选择光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
在这种光调制元件中，沿着全反射光学件的厚度方向、从入射光引入侧按照顺序放置了改变光路的光学元件和选择光路的光学元件，并将平面入射光引入到光路改变光学元件中。由光路改变光学元件将平面入射光的光路改变到特定的方向或任意所需的方向，而且光路选择光学元件只传播沿特定方向前进的入射光。因此，实质上，在由全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射全部光线。因此，对于入射光的形状、引入的位置以及光源的种类都不存在限制，而且平面入射光在保持平面状态的同时，可以直接高效地被引入。因此，可以在所需的界面，高效地获得全反射后的平面光。此外，可以构成没有任何角度依赖性而且未表现出任何吸收的反射器。由于从光调制元件实质上未发出任何透射光，可以提高光利用效率。
(23)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件与选择光路的所述光学元件彼此光学接触。
在这种光调制元件中，由于光路改变光学元件与选择光路光学元件光学接触，这两个元件可以实现用于与光耦合的令人满意的适用性。此外，当光路改变光学元件具有方向特性时，可以从光路改变光学元件向光路选择光学元件引入入射光，同时使入射光保持其入射角分量。
(24)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件与选择光路的所述光学元件通过具有高于1的折射率的介质彼此光学接触。
在这种光调制元件中，由于光路改变光学元件通过具有高于1的折射率的介质与光路选择光学元件光学接触，可以从光路改变光学元件向光路选择光学元件引入入射光，而不会在每个元件与此介质之间的界面上引起全反射。
(25)所述光调制元件的特征可以在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将改变光路的所述光学元件放置在所述透明介质的光路前侧。
在这种光调制元件中，入射光通过透明介质，然后入射到所述光路改变光学元件中。因此，只传播沿特定方向前进的入射光。
(26)所述光调制元件的特征可以在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将选择光路的所述光学元件放置在所述透明介质的光路前侧。
在这种光调制元件中，入射光通过透明介质，然后入射到所述光路选择光学元件中。因此，只传播沿特定方向前进的入射光。
(27)所述光调制元件的特征可以在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将改变光路的所述光学元件和选择光路的所述光学元件按照此顺序放置在所述透明介质的光路前侧。
在这种光调制元件中，入射光通过透明介质，然后入射到所述光路改变光学元件中。从而，将入射光的光路改变为特定的方向或任意所需的方向。并将此入射光进一步引入到光路选择光学元件中，由此，只传播沿特定方向前进的入射光。
(28)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件向前输出包括至少具有角度θt的光分量的光线，所述角度θt满足要求sinθt＞nw/nt，其中nt是改变光路的所述光学元件的平均折射率，nw是放置在所述全反射平面的光路前侧的介质的折射率，而θt是通过改变光路的所述光学元件的所述介质的光线的角度。
在这种光调制元件中，至少具有满足要求sinθt＞nw/nt的角度θt的光线通过光路改变光学元件，并在改变其光路的同时，向其输出。
(29)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是基于折射改变光路的光学元件。
在这种光调制元件中，由于光路改变元件基于折射来改变入射光的光路，可以将入射光引入到光调制元件中，不需要在实质上降低入射光的强度。
(30)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是任意透镜阵列、棱镜阵列和其中分布了不同折射率的不同折射率分布物体。
对于这种光调制元件，适合于从包括透镜阵列、棱镜阵列和不同折射率分布物体在内的光学元件中选择适于大规模生产的光学元件。从而，在实现成本缩减的同时，可以表现出令人满意的性能。
(31)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是基于衍射改变光路的光学元件。
在这种光调制元件中，光路改变光学元件基于如由透射型衍射光栅所引起的衍射等衍射来改变入射光的光路。因此，能够以较高精度的入射角将入射光引入到光调制元件中。
(32)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是任意体全息图、相位调制衍射光栅和幅度调制衍射光栅。
这种光调制元件可以通过如光敏聚合物方法或注模方法等的转印进行大规模生产。因此，可以降低光学元件本身的成本。
(33)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是基于光漫射来改变光路的光学元件。
在这种光调制元件中，由于光路改变光学元件基于光漫射来改变光路，可以沿任何所需的方向将入射光注入到光调制元件中。
(34)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是任意多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、以及在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
对于这种光调制元件，适合于从多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、以及光漫射物体中选择适于大规模生产的光学元件。因此，在实现成本缩减的同时，可以表现出令人满意的性能。
(35)所述光调制元件的特征可以在于改变光路的所述光学元件是基于光反射来改变光路的光学元件。
在这种光调制元件中，由于光路改变元件基于光反射来改变光路，可以从任何所需的方向将入射光注入到光调制元件中。
(36)所述光调制元件的特征可以在于选择光路的所述光学元件具有以下特性：实质上，由光学元件所发射的所有透射光都具有其角度大于放置在选择光路的所述光学元件的入射光光路前侧的层的界面处、或者选择光路的所述光学元件的入射光光路前侧的界面处的临界全反射角的分量，并且有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量，并使其不透射过去。
在这种光调制元件中，光路选择光学元件具有以下特性：实质上，由此光学元件所发射的所有透射光都具有其角度大于放置在光路选择光学元件的入射光光路前侧的层的界面处、或者光路选择光学元件的入射光光路前侧的界面处的临界全反射角的分量，并且由光路选择光学元件有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量。因此，光路选择光学元件只是有选择地透射了具有在入射光光路前侧的界面处将要受到全反射的入射角的那些入射光分量，而并未透射具有不会受到全反射的入射角的分量。
(37)所述光调制元件的特征可以在于选择光路的所述光学元件实质上透射所有具有角度θs的光线，所述角度θs满足要求sinθs＞nw/ns，其中ns是选择光路的所述光学元件的平均折射率，nw是放置在所述全反射平面的光路前侧的介质的折射率，而θs是通过选择光路的所述光学元件的所述介质的光线的角度。
在这种光调制元件中，实质上全部满足要求sinθs＞nw/ns的角度θs的光线通过光路选择光学元件，而反射了其他光线。因此，只是有选择地透射了特定的光分量。
(38)所述光调制元件的特征可以在于选择光路的所述光学元件用于相对于波长区域有选择地反射入射光，而且撞击在选择光路的所述光学元件上的光相对于所述光学元件的平面的入射角越小，有选择地反射的入射光的波长移向较短的波长侧。
在这种光调制元件中，光路选择光学元件用于相对于波长区域有选择地反射入射光，而且撞击在此光学元件上的光相对于该光学元件的平面的入射角越小，有选择地反射的波长移向较短的波长侧。可以利用这种特性来设计光路选择光学元件，从而只透射具有给定入射角的入射光。从而，可以有选择地提取出具有这种将要受到全反射的入射角的入射光分量。
(39)所述光调制元件的特征可以在于当调整撞击在选择光路的所述光学元件上的光的入射角，从而在所述入射光光路前侧的全反射平面上的入射角不大于所述临界全反射角时，则选择光路的所述光学元件有选择地反射实质上全部入射光。
在这种光调制元件中，当调整撞击在光路选择所述光学元件上的光的入射角，从而在入射光光路前侧的全反射平面上的入射角不大于临界全反射角时，尽管此全反射平面上的入射角根据此光学元件上的入射角和每层中的折射条件变化，光路选择光学元件仍然有选择地反射实质上全部入射光。从而，有选择地反射具有在全反射平面不会受到全反射的角度的那些入射光分量，而防止其朝向光路前侧传播。
(40)所述光调制元件的特征可以在于选择光路的光学元件是包括多层介质膜的光干涉滤光器。
在这种光调制元件中，由于采用了包括多层介质膜的光干涉滤光器，可以形成具有大面积和简单构造的任意所需的波长选择反射薄膜。通过利用反射光波长的入射角依赖性，可以容易地实现光路选择光学元件。
(41)所述光调制元件的特征可以在于选择光路的所述光学元件是包括胆甾醇型液晶或体全息图的布拉格反射滤光器。
在这种光调制元件中，由于采用了包括胆甾醇型液晶或体全息图的布拉格反射滤光器，能够以较低的成本形成光路选择光学元件。
(42)所述光调制元件的特征可以在于所述全反射光学件具有将入射光引入到所述光调制元件中的光学元件，而且在将平行入射光引入到所述入射光引入光学元件中时，则在由所述光调制元件构成的层的界面处，通过全反射，反射实质上全部被引入的入射光。
在这种光调制元件中，在将平行入射光引入到入射光引入光学元件中时，将在由光调制元件构成的层的界面处全反射的入射光引入到全反射光学件中。在由光调制元件构成的层的界面处，通过全反射，反射实质上全部被引入的入射光。从而，可以利用简单的构造，在保持其平行状态的同时，以高效率直接引入平行入射光，而无需通过光调制元件的边缘、以大于临近全反射角的角度引入入射光。因此，可以获得更高的输出。此外，由于通过全反射，反射了实质上所引入的全部入射光，而不会引起反射损耗，光调制元件可以用作高效反射器。
(43)所述光调制元件的特征可以在于引入入射光的所述光学元件是按照平面排列放置的棱镜阵列。
在这种光调制元件中，由棱镜阵列转变从给定方向发送过来的平面入射光，从而以将要在光调制元件中受到全反射的角度引入光线。从而，可以将能够被全反射的入射光引入到光调制元件中。
(44)所述光调制元件的特征可以在于将已经被全反射了的实质上全部入射光返回到所述全反射光学件的所述入射光引入侧。
在这种光调制元件中，由于将已经被全反射了的实质上全部入射光返回到全反射光学件的入射光引入侧，实质上，在具有全反射平面的介质中不会发生光透射、累积、限制等。
(45)所述光调制元件的特征可以在于构成了所述全反射光学件的所述层在所述入射光的所述波长范围内实质上并未表现出吸收。
在这种光调制元件中，由于构成了全反射光学件的层在入射光的波长范围内实质上并未表现出吸收，可以抑制入射光和全反射入射光受到损耗，因此，可以获得更高的效率。
(46)所述显示元件的特征在于包括按照上述(1)到(45)项之一所述的光调制元件和用于将入射光引入到所述光调制元件中的平板光源。
在这种显示元件中，将来自平板光源的入射光引入到按照上述(1)到(45)项之一所述的光调制元件中，由此可以由光耦合元件对入射到全反射光学件中的光线进行调制，并有选择地发送到光路前侧。
(47)所述显示元件的特征可以在于所述入射光是具有特定入射角度范围的准直光。
在这种显示元件中，由于入射光是具有特定入射角度范围的准直光，能够向光调制元件提供具有特定入射角的入射光分量。因此，可以提高光利用效率。
(48)所述显示元件的特征可以在于所述入射光是具有两个或更多个入射角的准直光。
在这种显示元件中，由于入射光是具有两个或多个入射角的准直光，可以同时向光调制元件提供具有不同入射角的两个或多个入射光分量。
(49)所述显示元件的特征可以在于所述入射光是具有任意入射角的漫射光。
在这种平板显示元件中，由于入射光是具有任意入射角的漫射光，可以将入射光从多个方向引入到光调制元件中。从而，可以提高入射光的均匀度。
(50)所述显示元件的特征可以在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有插入在所述全反射光学件的所述全反射平面和所述光耦合元件之间的滤光器，所述滤光器反射所述荧光体发光的波长分量并透射所述入射光的波长分量。
在这种显示元件中，入射光通过滤光器并撞击在荧光体上，荧光体发光。在荧光体这样发出的光之中，由滤光器反射发向光路背侧的光线，并将其指引向光路前侧。这样，提高了光利用效率，而且更高的显示亮度成为可能。
(51)所述显示元件的特征可以在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有放置在所述荧光体的光路前侧的滤光器，所述滤光器透射荧光体发光的波长分量，并切断所述入射光的波长分量。
在这种显示元件中，例如，在将UV光用作入射光时，可以防止其透射光(泄漏光)向观看侧(观察者侧)释放。
(52)所述显示元件的特征可以在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有位于所述荧光体光路前侧的滤光器，所述滤光器吸收发光波长范围内的光。
在这种显示元件中，例如，当荧光体发光具有可见光范围内的波长时，可以将吸收可见光的ND滤光器(透射率，大约从20％到70％)放置在观看侧(观察者侧)。这样，即使在明亮的地方，仍然可以产生具有高对比度的图像。
(53)所述显示元件的特征可以在于所述滤光器是包括多层介质膜的光学干涉滤光器。
在这种显示元件中，由于采用了包括多层介质膜的光学干涉滤光器，可以形成具有大面积和简单构造的任意所需的波长选择反射薄膜。通过利用反射光波长的入射角依赖性，可以容易地形成所述滤光器。
(54)所述显示元件的特征可以在于所述滤光器是包括胆甾醇型薄膜的布拉格反射滤光器。
在这种显示元件中，由于采用了包括胆甾醇型薄膜的布拉格反射滤光器，能够以较低的成本形成所述滤光器。
(55)所述显示元件的特征可以在于所述入射光具有从350nm到400nm的主波长。
在这种显示元件中，由于入射光具有从350nm到400nm的主波长，能够增加荧光体的亮度，并能够产生具有更高亮度的图像。
(56)所述显示元件的特征可以在于所述入射光具有从400nm到500nm的主波长。
在这种显示元件中，由于入射光具有从400nm到500nm的主波长，可以构造采用了不能耐受UV光的有机或其他材料的显示元件。
(57)所述显示元件的特征可以在于所述荧光体发出可见光。
在这种显示元件中，由于荧光体发出可见光，可以利用UV源产生可见光图像。
(58)所述显示元件的特征可以在于所述荧光体包括发射红、绿和蓝光的发光材料。
在这种显示元件中，所设置红色、绿色和蓝色荧光体发光，由此可以产生全色图像。
(59)所述显示元件的特征可以在于所述平面光源是放置在所述全反射光学件内的光源，而所述入射光是所述光源所发出的光。
在这种显示元件中，由于将光源放置在全反射光学件内部，直接将该光源发出的光引入到光调制元件内部。因此，极大地降低了入射光引入的损耗。
(60)所述显示元件的特征可以在于所述入射光是从所述全反射光学件的外部引入的光线。
在这种显示元件中，由于从全反射光学件的外部引入入射光，提高了显示元件设计的自由度，甚至可以使用大光源。可以容易地获得更高的输出。
(61)所述显示元件的特征可以在于具有反射器，放置所述反射器，从而面对所述显示元件的入射光引入侧，并且通过其将已经引入到所述显示元件中、然后由所述显示元件反射的所述入射光再次指引向所述显示元件。
在这种显示元件中，由于放置了反射器，使其面向显示元件的入射光引入侧，已经注入到显示元件中、然后由显示元件反射的入射光撞击在该反射器上，并且来自此反射器的反射光再次被指引向显示元件。因此，发生了光循环，并提高了光利用效率。从而，获得了更高的效率。
(62)所述曝光元件的特征在于采用了按照上述(46)到(61)项之一所述的显示元件，并根据曝光数据，利用光调制，有选择地向作品发光。
在这种曝光元件中，采用了按照-权利要求]上述(46)到(61)项之一所述的显示元件，并根据预定的曝光数据控制光调制。因此，将光线有选择地指引向要曝光的作品，并能够对要曝光的作品进行曝光。
附图说明
图1是示出了其上安装有本发明的光调制元件的显示元件的示意性构造的示意图。
图2是示出了全反射光学件的构造的示例的示意图。
图3是示出了透射型衍射光栅的示意图：(a)是体全息图；(b)是浮雕型衍射光栅；而(c)是折射率调制衍射光栅。
图4是示出了光漫射板的示意图：(a)是多孔物体；(b)是不同折射率分布/扩散物体，即包含有分布/扩散在其中的具有不同折射率的物质的物体；而(c)是在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
图5是示出了光学干涉滤光器的层构造的示意图。
图6是示出了在每个界面上的入射角与光学元件中每层的平均折射率之间的关系的示意图，其中所述光学元件包括按照如下顺序设置在全反射平面前侧的光路改变光学元件、光路选择光学元件、透明介质u、透明介质v以及透明介质w。
图7是示出了撞击在光路选择光学元件上的光线的入射角的示意图。
图8是相对于每个入射角，示出了入射光波长与光路选择光学元件的谱透射率之间的关系的曲线图。
图9是示出了光路选择光学元件中和外部的光路的示意图。
图10是示出了根据折射改变光路的光耦合元件的示意图：(a)是透镜阵列；(b)是棱镜阵列；而(c)是示出了渐变折射率透镜体的照片。
图11是示出了对所引出的光线进行漫射或散射的光耦合元件的示意图：(a)是多孔物体；(b)包含有分布/扩散在其中的具有不同折射率的物质，即高折射率微粒的物体；而(c)是在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
图12是包括采用了柔性薄膜的二维排列显示元件的平板显示元件的平面图。
图13是沿图12中的C-C所得到的剖面图；(a)是示出了关状态的示意图，而(b)是示出了开状态的示意图。
图14是包括放置在其观看侧的平板显示元件和荧光体的激励发光型平板显示元件的平面图。
图15是沿图14中的D-D所得到的剖面图；(a)是示出了关状态的示意图，而(b)是示出了开状态的示意图。
图16是示出了按照本发明第四实施例的激励发光型平板显示元件的一部分的剖面图，所述激励发光型平板显示元件是包括放置在柔性薄膜上的荧光体的激励发光型平板显示元件。
图17是示出了按照本发明第五实施例的光耦合元件的概念性构造和光调制动作的示意图。
图18是示出了采用PLDC的光耦合元件的概念性构造和光调制动作的示意图。
图19是示出了包括液晶薄膜的光路选择光学元件的示例的示意图。
图20是示出了光路选择光学元件中的谱透射率的例图。
图21是示出了包括棱镜的按照本发明第六实施例的全反射光学件的示意图。
图22是示出了通过将微棱镜阵列粘接在透明介质上而获得的全反射光学件的剖面构造的示意图。
图23是示出了包括通过将微棱镜阵列粘接在透明介质上而获得的结构的全反射光学件的剖面构造的示意图，在该结构的光路前侧放置将光路改变到与微棱镜阵列的入射角相应的角度的光学元件。
图24是分别示出了全反射光学件的其他构造示例的示意图。
图25是示出了全反射光学件的特定构造示例的示意图。
图26是示出了入射光的波长范围的曲线图。
图27是示出了相对于每个入射角θ，谱透射率T随着波长λ的变化的曲线图。
图28是示出了相对于每个波长λ，入射角θ与谱透射率T之间的关系的曲线图。
图29是现有光波导板型平板显示元件的一部分的剖面图。
图30是示出了现有平板显示元件的构造的示意图。
图31是示出了图30所示的平板显示元件的动作的示意图。
在附图中，数字2和3表示全反射光学件，4表示平板光源，5表示平板UV源，6、7和8表示光耦合元件，10光路改变光学元件，12和13光路选择光学元件，14透明介质，16透明介质(如空气等)，20具有不同折射率的基片，22、52、66和72全反射平面，26透明电极，28对准层，30胆甾醇型液晶层，32信号电极，34  扫描电极，38光漫射层，40柔性薄膜，42a、42b和42c荧光体，44透明基片，45前侧板，48背矩阵，50波长选择反射膜，54液晶层，56 PLDC层，60微胶囊，64微棱镜阵列，68棱镜，70透明介质，100显示元件，200平板显示元件，300和400激励发光型平板显示元件，θ0、θ1、θ2和θ3入射角，θc临界全反射角，λ波长。
具体实施方式
下面，将参照附图，详细解释按照本发明的光调制元件和显示元件的优选实施例。
本发明的光调制元件采用了在由该光调制元件构成的层的界面处全反射至少部分所引入的平面入射光、而且实质上并不通过与入射光引入侧相对的侧面放出入射光的全反射光学件。在此光调制元件中，将用于与入射光耦合并引出入射光的光耦合元件有选择地靠近此全反射光学件的全反射平面放置。此光调制元件的特征在于能够在保持其平面状态的同时，将平面入射光高效地引入到光调制元件中，可以按照光耦合元件靠近放置的状态，有选择地进行光调制，而且具有提高能量效率的光调制成为可能，而无需使用采用了波导或光波导板的显示技术。
图1示出了具有按照本发明的光调制元件的显示元件的概念性构造。按照本实施例的显示元件100包括：平板全反射光学件2；平板光源4，用于将平面光引入到该全反射光学件2中；以及包括柔性薄膜的光耦合元件6，并设置光耦合元件6使其能够在与入射光引入侧相对的侧面靠近全反射光学件2。全反射光学件2和光耦合元件构成了光调制元件。该全反射光学件2具有以下这种构造：在引入平面入射光时，在全反射光学件2的光路前侧(全反射平面22)，通过全反射，反射此引入的入射光。在全反射光学件2中光耦合元件6靠近其放置的区域中，破坏了全反射平面22上的全反射条件，并且入射光与光耦合元件6相耦合，引出入射光，并朝向光路前侧射出。另一方面，在全反射光学件2中光耦合元件6并未靠近全反射平面22放置的区域中，对入射光进行全反射，并实质上防止其通过此全反射光学件2，并朝向光路前侧射出。
放置光耦合元件6，使其能够移动到与全反射光学件2的全反射平面22相接触的位置。但是，不需要使光耦合元件与全反射平面22完全接触，使该元件足够靠近平面22就足够了。在这种情况下，通过使光耦合元件靠近到平面22大约λ/10(λ是波长)的距离或更短，可以引起与接触相近似的光耦合。
因此，按照上述显示元件100，在将平面光从平板光源4引入到全反射光学件2中，并将光耦合元件6有选择地靠近全反射光学件2的全反射表面22时，则光通过靠近平面22的这些光耦合元件6朝向光路前侧射出，由此可以产生所需图像。
下面，将详细解释显示元件100的组成元件。
首先，对全反射光学件2进行解释。
图2示出了全反射光学件2的构造的示例。如图2所示，全反射光学件2是由按照以下顺序、自入射光引入侧重叠放置的光路改变光学元件10、光路选择光学元件12和透明介质14组成的多层结构。在此全反射光学件2中的透明介质14的光路前侧是透明介质16(在本实施例中为空气)。调整透明介质14的折射率n1(第一折射率)与透明介质16的折射率n2(第二折射率)之间的关系，从而满足作为透明介质14和透明介质16之间的界面的全反射平面22的全反射条件。例如，在透明介质14是玻璃基片时，折射率n1是1.5，而当透明介质16是空气时，折射率n2是1.0。构成全反射光学件2的层在入射光的波长范围内均未表现出吸收特性。因此，此光学件是其中入射光和在全反射平面22全反射的入射光并未受到损耗的高效光学件。
光路改变光学件10是基于折射、衍射、光漫射、光反射等改变光路的光学元件。例如，可以使用以下种类的光学元件。在利用折射的情况下，可以使用其中入射光的强度基本上不下降的透镜阵列、棱镜阵列、折射率扩散物体等。在利用衍射的情况下，可以使用如图3所示的透射型衍射光栅。使用相位调制衍射光栅、幅度调制衍射光栅等，如体全息图(参见图3(a))、浮雕型衍射光栅(参见图3(b))以及折射率调制衍射光栅(参见图3(c))。利用这些光学元件，能够高精度地调整入射光光路的角度。这种光学元件均可以通过如光敏聚合物方法或注模方法等的转印进行大规模生产。
在利用光漫射的情况下，可以使用如图4所示的光漫射板。即，可以使用多孔物体(参见图4(a))、其中分布/扩散有具有不同折射率的物质20的不同折射率分布/扩散物体(参见图4(b))、在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体(参见图4(c))等。此外，在利用光反射的情况下，可以使用如包含有扩散在其中的微细反射器并沿任意方向反射光的物体等。这些光学元件匀适合于大规模生产，并可以容易地实现成本缩减。
光路选择光学元件12是具有以下特性的光学元件：从此光学元件12放出的实质上所有选择透射光都具有其角度大于位于入射光光路前侧的层的临近全反射角的分量，而有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量，并不使其透射。即，只有具有大于作为透明介质14与透明介质16之间的界面处的全反射条件的临近全反射角θc的角度的入射光分量通过光路选择光学元件12，而切断具有任何其他角度的入射光分量。临近全反射角θc由公式(1)所确定。
          θc＝sin-1(n2/n1)    (1)
光路选择光学元件12的特定示例是包括多层介质膜的光学干涉滤光器。在图5中示出了这种光学干涉滤光器的层构造。
此光学干涉滤光器是通过连续重叠高折射率材料和低折射率材料而构成的多层介质膜。尽管后面将详细描述其光学特性，此光学干涉滤光器用于按照其波长有选择地反射入射光，并具有随着入射角，有选择地反射的光的波长移向较短的波长侧。假设入射光的波长范围从λiS到λiL(λiS＜λiL)，相对于具有不大于临界全反射角θc的输出角度的、从光学元件12放出的有选择透射光的那些分量，有选择地反射实质上所有具有从λiS到λiL的波长范围的入射光。按照这种构造，可以形成能够进行任何所需波长选择和具有大面积和简单构造的反射薄膜。通过利用反射光波长的入射角依赖性，可以容易地形成光路选择光学元件12。上述光学干涉滤光器可以是通过将金属薄膜加在多层介质膜的层结构上的金属/介质多层膜。可以通过EB气相沉积(电子束气相沉积)、溅射等将薄膜材料沉积在透明基片上，形成包括多层介质膜的光学干涉滤光器。此薄膜材料可以是具有不同折射率的有机多层膜或者包含无机物质的有机多层膜。在这种情况下，可以使用涂覆、层压等以较低的成本形成薄膜材料。
这里，将对光路改变光学元件10和光路选择光学元件12的光学特性进行描述。
首先，讨论其中光路改变光学元件10是基于折射改变光路的光学元件的情况。如图6所示，在光学元件包括按照以下顺序设置在全反射平面前侧的光路选择光学元件(平均折射率nt)、光路选择光学元件(平均折射率ns)、透明介质u(平均折射率nu)、透明介质v(平均折射率nv)和透明介质w(平均折射率nw)的情况下，假设透明介质v和透明介质w之间的界面被当作全反射平面，可以用公式(2)来表示各个界面上的入射角与每种介质的平均折射率之间的关系。
          nv·sinθv＝nw
          nu·sinθu＝nv·sinθu＝nw    (2)
          ns·sinθs＝nu·sinθu＝nw
          nt·sinθt＝ns·sinθs＝nw
在公式(2)中，θt、θs、θu和θv是各个介质中光路的角度。
因此，要求光路改变光学元件10向光路前侧输出包括至少具有满足以下要求的角度θt的光分量的光线：
          sinθt＞nw/nt
优选地，光学元件10向光路前侧输出包括最大可能比例的具有满足该要求的角度θt的光分量的光线。当透明介质w是空气时，则nw＝1，上述要求如下：
          sinθt＞1/nt
另一方面，调整光路选择光学元件12，从而只透射满足以下要求的光：
          sinθs＞nw/ns
当透明介质w是空气时，则nw＝1，上述要求如下：
          sinθs＞1/ns
接下来，将解释平板光源4。
平板光源4向全反射光学件2发射平面入射光。会聚光或发散光均可以用作此入射光。除了从全反射光学件2外部引入入射光的构造之外，可以使用全反射光学件2在内部具有光源而且此光源发光的构造。在会聚光的情况下，可以向全反射光学件2提供包括具有特定入射角的分量的入射光，从而改进光利用效率。另一方面，在发散光的情况下，可以使用任何所需的低成本平板光源。在光学元件2内部具有光源的情况下，因为此光源发出的光被直接引入到全反射光学件2中，改进了光引入效率。此外，由于可以通过整体铸型生产光学元件和光源，可以实现尺寸和厚度上的缩减。另一方面，在将光源设置在外部的情况下，提高了设计显示元件100的设计自由度，并且可以使用任何所需的大型外部平板光源。即，可以容易地获得更高的输出。
作为入射光，可以使用如UV光、如蓝光或绿光等可见光、或者红外光等具有特定波长范围带的光。
例如，可用光源的类型包括放电灯、激光器、LED、无机或有机电致发光、白炽灯、阴极射线灯和FED，放电灯是包含有密封在其中的惰性气体或水银蒸气的电子管，并且通常被用作如荧光灯、水银灯、氖管灯和克鲁克斯放电管等，利用激光器容易获得会聚光，LED较为便宜并发出具有给定波长范围的光，利用无机或有机电致发光获得平面光，白炽灯发出白光，通过有目的的过滤，可以取出任意所需的波长分量，阴极射线灯是如CRT灯阴极射线显像管，利用其直接获得要被引入到显示元件中的平面光，FED同样是平板显像管，利用其直接获得平面光。
在使用除了那些直接获得平面光的光源之外的其他光源的情况下，例如，可以通过收集点光源或线光源来构成平板光源，从而形成平面光。代替地，可以利用扫描对一个或多个光束进行偏转，从而形成平面光。此外，可以使用其中来自点光源或线光源的光只是通过其中发生了漫射/散射、折射、衍射等的滤光器，从而形成平面光，并将此平面光引向全反射光学件2的构造。
收集点光源或线光源的模式包括：其中二维排列如LED等以形成矩阵图案并发光从而获得均匀光量的构造；其中并排排列荧光灯并使其发光的构造；等等。利用扫描进行偏转的模式包括：其中利用借助于多面镜的扫描来偏转来自如半导体激光器、气体激光器等的激光束，从而获得平面光的构造；其中将平板显示元件作为整体进行排空并密封，利用阴极射线扫描此元件，时荧光体表现出激励发光的构造；等等。在激光束的情况下，采用形成两个或多个照射斑的多束可以更为有效地获得平面光。在任何情况下，都可以使用如点光源或线光源等任意光源，只要利用其能够获得等价于平板光源所发出的光线的平面光。
此外，除了以光源事先形成的平面光照射之外，可以在利用光连续扫描全反射光学件2的同时，通过从点光源或线光源直接引入光线来照射全反射光学件2。在这种情况下，例如，可以有利地采用上述利用激光束的扫描。
接下来，将利用图7到图9，对光路选择光学元件12的特性进行解释。
图7示出了撞击在光学元件12上的光线的入射角。图8是相对于每个入射角，示出了入射光波长与光学元件12的谱透射率之间的关系的曲线图。图9是示出了光学元件12中和外部的光路的示意图。
首先，讨论如图7所示，使入射光以θ0、θ1、θ2和θ3中的每一个入射角撞击在光学元件12上的情况。在这种情况下，光学元件12的谱透射率如图8所示那样变化。即，当入射角为θ0(0度)，不大于临界全反射角θc时，则在从λiS到λiL的入射光波长范围内，谱透射率为大约0％，并切断入射光(光并未通过，而是被反射)。另一方面，当入射角大于临界全反射角θc时，则光学元件12表现出以下这种谱透射率特性：随着入射角从θ1通过θ2增加到θ3，光的波长移向较短的波长侧，因此透射光量增加。即，随着撞击在光路选择光学元件上的入射光与光学元件12的表面之间的角度变小，有选择地反射的入射光的波长移向较短的波长侧。因此，包括具有入射角θ0的分量的入射光并未通过，而包括具有每个均大于特定角度的入射角θ1、θ2或θ3的分量的入射光通过；按照θ1/θ2/θ3的顺序，其透射率增加。因此，在设计光学元件12使其具有只有具有大于给定界面处的临界全反射角θc的角度的入射光分量才能通过的特性时，则可以切断不满足全反射条件的任何入射光分量，而有选择地从光学元件12中只发出将被全反射的入射光分量。
下面，参照图9，对利用设计其从而只有具有大于全反射平面22处的临界全反射角θc的角度的入射光分量才能通过的光学元件12构建了全反射光学件2的情况下的入射光光路进行解释。
图9(a)示出了光路A，沿着光路A，撞击在光路选择光学元件12上的光被光学元件12所反射，以及光路B，沿着光路B，沿着光路B撞击在光路选择光学元件12上的光路通过光学元件12，并在作为放置在光路前侧的透明介质14和透明介质16的界面的全反射平面22被全反射。
光路A示出了其中入射光的入射角θi不大于在全反射平面22处的临界全反射角θc的情况。光学元件12并不透射包括具有这种入射角的分量的光，而是在其界面有选择地对其进行反射。因此，光学元件12从光路前侧切断了包括具有不大于临界全反射角θc的入射角的分量的光线。
光路B示出了其中入射光的入射角θi大于在全反射平面22处的临界全反射角θc的情况。光学元件12透射包括具有这种入射角的分量的光。因此，包括具有大于临界全反射角θc的入射角的分量的光通过光学元件12，并被引入到透明介质14中，在全反射平面22处受到全反射。
图9(a)所示的情况是通过其引入入射光侧的折射率na等于透明介质14的折射率nb，而且光学元件12上的入射角θi等于全反射平面22上的入射角θs的情况。
另一方面，图9(b)示出了通过其引入入射光侧的折射率na不等于透明介质14的折射率nb，而且光学元件12上的入射角θi不等于全反射平面22上的入射角θs的情况。设计这种情况下的光学元件12，使得全反射平面22上的入射角θs大于临界全反射角θc。
当使用这样设计的光路选择光学元件12构建全反射光学元件2时，此光学元件2的功能如下。在将包括准直光或发散光并已经被引入到全反射光学元件2中的平面入射光注入到光路改变光学元件10中时，光从光辐射位置沿着如图1箭头所示、由于漫射等而改变的光路传播。在其光路已改变的光线到达光路选择光学元件12之后，只有包括具有大于在全反射平面22，即透明介质14和透明介质16之间的界面处的临界全反射角θc的角度的分量的入射光通过光学元件12，而在光学元件12的表面、朝向光入射侧、有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量。
因此，在注入到全反射光学元件2中的光线，只将要在全反射平面22处被全反射的光引向光路前侧，并在全反射平面22对所引入的光进行全反射。即，光路选择光学元件12具有以下特性：实质上通过光学元件12的所有透射光都具有其角度大于位于光路选择光学元件12的入射光光路前侧的全反射平面的临界全反射角的分量，而有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量，并不从中通过。在具有全反射平面的介质中，实质上并未发生光透射、积累、限制等。
在光路改变光学元件10的光入射侧界面(反射层)反射已经在光路选择光学元件12的表面朝向入射光引入侧反射的部分光线，并使其再次撞击在光路选择光学元件12上。这样再次撞击的光线具有大于临界全反射角θc的放大入射角，通过光学元件12，并被引入到透明介质14中。
接下来，将对光耦合元件6进行解释。
光耦合元件6用于破坏入射光在全反射平面的全反射条件，与光线耦合并引出光线，将其引向光路前侧。适合于设置这些光耦合元件6具有改变所引出的光线的光路的光路偏转器以及吸收具有特定波长的分量的特定波长分量吸收装置。具体地，可以使用以下(1)到(4)所示的种类。
(1)通过折射改变光路的光学元件或者具有此功能的光学元件
光路偏转器基于折射改变通过将光耦合元件6靠近全反射平面22所引出的输出光的光路。其示例包括图10(a)所示的透镜阵列、图10(b)所示的棱镜阵列、图10(c)所示的渐变折射率透镜体等。按照透镜阵列或棱镜阵列，可以会聚或发散通过全反射光学件2的全反射平面22而引出的输出光，并引向不同的方向。因此，可以利用简单的结构获得将输出方向特性赋予输出光或消除输出光的输出方向特性，而不会降低输出光的强度。
(2)透射型衍射光栅或具有此功能的光学元件
透射所引出的光线并基于衍射改变输出方向的透射型衍射光栅的示例包括如前所述的图3(a)所示的体全息图、图3(b)所示的浮雕型衍射光栅，以及图3(c)所示的折射率调制衍射光栅，以及还包括幅度调制衍射光栅等。根据这些透射型衍射光栅，能够精确地调整输出光的输出角度。此外，这种光学元件可以通过如光敏聚合物方法或注模方法等进行大规模生产，可以降低其自身的成本。
(3)光漫射或光散射物体或者具有此功能的光学元件
对所引出的光线进行漫射或散射的光漫射或光散射物体的示例包括适合于大规模生产的如图11(a)所示的多孔物体、如图11(b)所示的包含有扩散或分布在其中的如高折射率微粒等具有不同折射率的物质20的物体、如图11(c)所示的在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体等。根据这些光漫射或光散射物体，可以通过漫射或散射将输出光散射到任意所需方向，或者可以消除输出光的输出方向特性。
(4)吸收入射光的光学元件或者具有此功能的光学元件
例如，吸收入射光的光学元件的示例包括其中已经记录了图像数据的透射图像薄膜。在其具有特定波长的分量被这种透射图像薄膜吸收之后，放出通过全反射光学件2的全反射平面22而引出的输出光学时，可以获得高和低图像密度以及特定的颜色。即，可以产生与记录在透射图像薄膜中的图像相应的显示图像。因此，即使在使用相同的入射光时，仍然可以有选择地获得两种或更多种颜色的输出光。
下面，将对由上述全反射光学件2、平板光源4和光耦合元件6构成的显示元件100的光调制动作进行解释。
在将来自平板光源4的光引入到如图1所示的全反射光学件2中时，在全反射光学件2的全反射平面22全反射已经通过了光路改变光学元件10和光路选择光学元件12的光线。在其中光耦合元件6靠近此全反射平面22放置的区域中，破坏了全反射平面22的全反射条件，由光耦合元件6将光引出全反射平面22。朝向作为与全反射光学件2相对侧的观看侧，射出所引出的光，作为显示光。另一方面，在其中光耦合元件6保持远离全反射平面22的区域中，在全反射平面22全反射入射光，并不朝向观看侧输出。
如上所述，在按照本实施例的显示元件100中，由于光耦合元件的简单构造，可以极大地降低间隙距离和薄膜均匀度。这种显示元件具有极其适合于获得更大面积的构造。
按照具有上述构造的显示元件100，在以低成本构造保持其平面状态的同时，将来自平面光源的入射光直接、高效地引入到全反射光学件2中，无需使用光波导板或光波导。因此，与如通过边缘引入入射光的情况相比，可以极大地拓宽通过其引入入射光的面积，并提高了与入射光耦合的效率。因此，能够高效地引入全反射平面光，而不会受到显示元件100本身厚度缩减的影响。结果，可以高效地将在光耦合元件6靠近全反射平面放置的区域中引出全反射平面22的入射光射向观看侧。因此，在显示元件100的光路前侧，只有其中放置了光耦合元件6的区域发出来自显示元件100的类似图像的发光。即，只在所需的区域中产生了图像。此外，按照这种构造，防止了由于使用光波导板或光波导而引起的串扰而导致的光量的局部下降，在整个图像上具有均匀亮度的图像显示成为可能。
由于在显示元件100内的每个界面所反射的部分入射光通过界面的反射等再次射向光路前侧，在显示元件100中也可以容易地实现更高的输出。此外，由于全反射光线件2本身实质上不发出任何透射光，所引入的光不会衰减，并可以提高光利用效率。当设计全反射光学件2与空气(可以用惰性气体代替)接触的全反射光学件2的气体接触界面使其为全反射界面时，则消除了单独形成具有引起全反射的折射率的层的必要性，可以简化结构。
此外，可以自由地选择要放置平板光源的位置，或者可以安装多个光源。因此，能够以改进的亮度发光。此外，由于对平板光源入射光角度的分布没有限制，可以使用现有的背光。尽管在图中未示出，可以将利用其将此显示元件100反射的入射光再次引向显示元件100的反射器放置在显示元件100的入射光引入侧。这样，产生了光循环，并提高了光利用效率以获得更高的效率。
下面，将通过图12和图13，对通过二维排列上述显示元件而构成的本发明的第二实施例进行解释。
图12是包括采用了柔性薄膜的二维排列的显示元件的平板显示元件的平面图。图13是沿图12所示C-C而得到的剖面图；(a)是示出了关状态的示意图，而(b)是示出了开状态的示意图。
如图12和图13所示，按照本实施例的平板显示元件200包括全反射光学件2和按照m线n行(m和n是整数)的二维排列放置在光学件2的全反射平面22上方的光耦合元件6。具体地，平行于行方向排列了对入射光透明的信号电极32，从而构成全反射平面22上方的n行，并且平行于与信号电极32相垂直的线方向排列了同样对入射光透明的扫描电极34，从而通过放置在每个信号电极两侧的一对柱形材料36a和36b构成信号电极上方的m线。扫描电极34具有形成在其面向信号电极32的侧面上、具有电绝缘特性的光漫射层38；扫描电极34与光漫射层38合作构成了柔性薄膜。
作为具有电绝缘特性的光漫射层，可以使用如SiO2或SiNx等无机绝缘薄膜，或者如聚酰亚胺等有机绝缘薄膜。为了在柔性薄膜与信号电极之间形成间隙，可以使用以下方法，包括：事先在间隙部分形成放弃层，在其上形成柔性薄膜，然后，通过刻蚀最终去除放弃层以获得间隙。例如，可以通过其中由光刻等在其表面上形成不规则性的方法，或者其中将具有不同折射率的微粒扩散在绝缘薄膜中的方法，将光漫射特性赋予柔性薄膜。
下面，将对具有上述构造的平板显示元件200的光调制动作进行解释。首先，如图13(a)所示，当信号电极32与扫描电极34之间的电压是关状态电压Voff时，则柔性薄膜40处于中性平坦状态，而并不朝向观看侧放出引入到全反射光学件2中的光线。
另一方面，如图13(b)所示，在将驱动电压Von施加在信号电极32与扫描电极34之间时，则在信号电极32与扫描电极34之间产生静电力，而将柔性薄膜40吸引到信号电极32上。结果，在已经将柔性薄膜40吸引到信号电极32上的区域中破坏了全反射条件，并且通过信号电极32和柔性薄膜40引出引入到全反射光学件2中的光线。朝向观看侧放出所引出的光线。
如上所述，按照具有上述结构的平板显示元件200，通过机电运动分离柔性薄膜40与信号电极32或者使柔性薄膜40与信号电极32相接触，实现了光漫射动作，而且这种光漫射动作使光调制成为可能。即，当在柔性薄膜40与信号电极32之间出现间隙时，满足全反射光学件2内部的全反射条件，并切断来自信号电极32的光。另一方面，在使柔性薄膜40与信号电极32相接触时，则破坏了全反射条件，而将来自信号电极32的光引入到柔性薄膜40中。由柔性薄膜40中的光漫射层38对所引入的光线进行漫射，借此可以将光从柔性薄膜40射出。
接下来，将解释利用本发明的显示元件调制紫外线以使荧光体表现出激励发光的本发明的第三实施例。
图14是包括上述平板显示元件和放置在其观看侧的荧光体的激励发光型平板显示元件的平面图。图15是沿图14中的D-D所得到的剖面图；(a)是示出了关状态的示意图，而(b)是示出了开状态的示意图。
如图14和图15所示，按照本实施例的激励发光型平板显示元件300具有与上述平板显示元件200相同的构造，除了以发射平面UV光的UV平板光源5来代替平板光源4，以及放置包括透明基片44和在其上形成了荧光体的前侧板46，从而面向全反射光学件2的柔性薄膜40。
前侧板46具有三原色(R、G和B)的带状荧光体42a、42b和42c，带状荧光体42a、42b和42c被放置成使其面对平板显示元件200的信号电极32。这些带状荧光体42a、42b和42c由黑色矩阵48相互间隔用于提高对比度。在这种情况下，可以由包含由其中扩散有碳的树脂或者由如铬等金属形成的黑色矩阵48。
对于前侧板46，可以使用如玻璃等透射荧光体所发出的光的波长的材料。此外，在荧光体面向柔性薄膜40的侧面上放置透射激励紫外线而对荧光体所发出的光的波长进行反射的波长选择反射薄膜50。此反射薄膜50透射来自UV平板光源的光，而薄膜50朝向观看侧反射由荧光体发射的光。由于这种构造，可以增加用于图像产生的光量。作为此波长选择反射部分50，可以使用如多层介质膜或胆甾醇型液晶等。
信号电极32和扫描电极34是由对要引入的光线透明的导电材料构成。优选的是透射用于激励的紫外线的材料或者具有此光学特性的材料。具体地，可以使用ITO等。更为优选的是，将如铝及其合金、铬、钼或钽等金属的薄膜重叠在透明导电材料的边缘上。从而，可以降低电极的电阻，并可以缩短电压施加上的延迟。
接下来，将对具有上述结构的激励发光型平板显示元件300的光调制动作进行解释。首先，如图15(a)所示，在信号电极32与扫描电极34之间的电压是非驱动电压Voff时，则柔性薄膜40处于中性平坦状态，而并不朝向观看侧放出引入到全反射光学件2中的UV光。
另一方面，在将驱动电压Von施加在信号电极32与扫描电极34之间时，则静电力将柔性薄膜40吸引到信号电极32上。结果，在破坏了全反射条件，因此通过信号电极32和柔性薄膜40引出引入到全反射光学件2中的UV光，并射向前侧板46。这样发出的UV光通过前侧板46的波长选择反射薄膜50，并有选择地撞击和激励荧光体42a、42b和42c以使荧光体发光。朝向观看侧放出这样通过激励而产生的光(红色、绿色和蓝色)。另一方面，由波长选择反射薄膜50反射通过激励而产生并被引向与观看侧相对方向的光，并朝向观看侧放出。
如上所述，按照具有上述构造的激励发光型平板显示元件300，当由于机电运动，柔性薄膜40与信号电极32相分离，并在薄膜40与电极32之间出现间隙时，则满足了全反射光学件2内部的全反射条件，并切断来自信号电极32的光。另一方面，在使柔性薄膜40与信号电极32相接触时，则破坏了全反射条件，而来自信号电极32的光通过柔性薄膜40，并射向前侧板46，以有选择地激励荧光体42a、42b和42c，使其发光。从而，可以有选择地控制位于任意所需位置的荧光体的发光。此外，由于以平面状态引入的UV光撞击在荧光体上，使其发出三原色的可见光，与如液晶显示元件等其中使用白光源并利用颜色吸收滤色片来产生三原色的情况相比，能够以更高的光利用效率产生任意所需图案的彩色平面图像。
此外，可以通过适当地选择柔性薄膜的形状和如弹性常数等机械特性、柔性薄膜与全反射平面之间的间隙距离等因素，使按照上述构造的二维排列光调制元件表现出施加电压而改变位置的特性上的滞后现象。
通过在信号电极32与扫描电极34之间适当地施加电压，能够以高对比度控制二维排列的象素中任何所需的一个或多个的透射率，而无需使用如TFT等有源元件。即，所谓的无源矩阵操作成为可能。无源矩阵操作是一种显示模式，其中按照格子图案排列设置扫描电极和信号电极，并通过时间共享开关控制进行调整，从而对位于交点的象素进行操作。其典型示例为STN(超扭转向列)。
通过这样将光调制元件与普通无源矩阵操作系统相连，并在电极32和34之间施加电位，可以实现具有大面积的便宜平板显示元件。此外，通过将柔性薄膜与全反射平面之间的间隙距离调整到大约1μm，则能够在较低电压情况下进行高速光调制。具体地，当利用两个数值调制透射率以数字调整场时间中要透射的时间时，则稳定地获得了适用于动态图像的高质量灰度。此外，由于图像的产生基于荧光体的发光，不存在任何观看角度依赖性，并获得了高质量的显示图像。
下面，将解释利用本发明的显示元件调制紫外线以使荧光体表现出激励发光的本发明的第四实施例。
图16是示出了按照本实施例的激励发光型平板显示元件的一部分的剖面图，所述平板显示元件包括形成在其上的柔性薄膜以及上述激励发光型平板显示元件的荧光体；(a)是示出了关状态的示意图，而(b)是示出了开状态的示意图。
如图16(a)所示，按照本实施例的激励发光型平板显示元件400不具有前侧板，而具有直接形成在柔性薄膜40上的荧光体52a、52b和52c。因此，简化了构成和模制步骤，并实现了厚度的进一步缩减和成本缩减。以黑色矩阵隔离荧光体52a、52b和52c，从而增强显示图像的对比度。
在上述第三和第四实施例中，UV光被用作入射光，而在受到从UV光获得的透射光的激励时发光的G(绿色)和R(红色)荧光体用于产生全色图像。但是，也可以使用蓝色入射光(主波长范围400～500nm)和在受到蓝光激励时发光的G(绿色)和R(红色)荧光体。入射光与荧光体的组合并不局限于这些示例。在将如蓝光等可见光用作入射光时，可以将不耐受UV光的有机或其他材料用作构成本发明元件的材料。
也可以将荧光体放置在柔性薄膜上或者放置在其光路前侧，并在这些荧光体的光路前侧放置能够透射具有荧光体发光的波长的分量而切断具有入射光的波长的分量的滤光器。按照这种结构，例如，在将UV光用作入射光时，防止由其而产生的透射光(泄漏光)射向观看侧(观察者侧)。
此外，代替上述滤光器，可以放置能够透射具有荧光体发光的波长的分量而切断具有入射光的波长的分量的滤光器。按照这种结构，例如，在荧光体发光具有可见光范围内的波长的情况下，将吸收可见光(透射率，大约从20％到70％)的ND滤波器放置在观看侧(观察者侧)时，则即使在明亮的地方，仍然能够产生具有高对比度的图像。
接下来，将解释本发明的第五实施例，其中由液晶形成上述显示元件的光耦合元件，并电光地实施光调制。
图17是示出了按照本实施例的光耦合元件的概念性构造和光调制动作的示意图。按照本实施例的光耦合元件7包括：信号电极32，设置在全反射光学件2的全反射平面上；扫描电极34，面向信号电极32；以及液晶层54，插入在信号电极32和扫描电极34之间，并能够对其进行调制，从而具有满足与信号电极32之间界面处的全反射条件的折射率nc，或者具有破坏全反射条件的折射率nd。
图17(a)示出了其中在电极之间施加非驱动电压Voff的状态，而图17(b)示出了其中在电极之间施加驱动电压Von的状态。在其中施加了非驱动电压Voff的状态下，调整液晶层54的折射率，从而满足在信号电极32与液晶层54之间的界面处的全反射条件，因此，在界面上全反射引入到全反射光学件2中的光线。当施加驱动电压Von时，液晶层54的折射率从nc变为nd，破坏了全反射条件，因此，将引入到全反射光学件2中的光引出，并引向观看侧。
如上所述，按照具有上述构造的光耦合元件，可以通过改变液晶层54的折射率的驱动电压控制来实施光调制。这种调制可以比利用偏振片的现有技术的液晶调制元件中的调制更为有效地实施。
可以使用采用了PLDC(聚合物扩散液晶)来代替液晶层的光耦合元件来构造显示元件，作为上述实施例的调制。
图18是示出了采用PLDC的光耦合元件的概念性构造和光调制动作的示意图。按照本实施例的光耦合元件8包括：信号电极32，设置在全反射光学件2的全反射平面上；扫描电极34，面向信号电极32；以及PLDC层56，插入在信号电极32和扫描电极34之间。PLDC层56包括具有聚合物网络的聚合物层58以及扩散在层58中并且包含有密封在其中的液晶层的微细微胶囊60。在此PLDC层56中，当电极之间的电压是非驱动电压Voff时，则液晶不规则地排列以对光进行漫射，因此，将所引入的光射向观看侧。当电极之间的电压为驱动电压Von时，则定向液晶分子，因此，所引入的光直行通过液晶层，并在该层的前侧界面上全反射。结果，光并未射向观看侧。从而，可以实现光的开关控制。
下面，将对用在上述显示元件、平板显示元件以及激励发光型平板显示元件中的全反射光学件的其他实施例进行解释。
首先，将解释本发明的第五实施例，其中，将布拉格反射滤光器用作光路选择光学元件，代替上述光学干涉滤光器。
在图19中示出了采用了包括液晶薄膜的光路选择光学元件13的示例。这种情况下的光路选择光学元件13包括一对由ITO或其他材料制成的透明电极26、在每个电极的内表面上形成的准直层28、以及夹在准直层28之间的胆甾醇型液晶层30。
下面，将对此结构中胆甾醇型液晶层30的滤光效应进行解释。在胆甾醇型液晶层30中，平行于该层定向胆甾醇型液晶分子，并具有垂直于该层延伸的螺旋结构。
可以用公式(3)表示胆甾醇型液晶层30的双折射Δn：
          Δn＝ne-no            (3)
其中no、ne、Δn和n分别是胆甾醇型液晶层30的寻常光折射率、非寻常光折射率、双折射和平均折射率。
可以用公式(4)近似地表示平均折射率n。
          n＝(ne+no)/2            (4)
此外，在以P[nm]表示胆甾醇型液晶层30的螺旋间距时，胆甾醇型液晶层30表现出基于布拉格反射原理的选择性反射特性。即，当有选择地反射以入射角θ[度]撞击在胆甾醇型液晶层30上的光线时，可以用公式(5)表示入射光的中心波长λ(θ)[nm]。
        λ(θ)＝λ(0)·cos[sin-1(sinθ/n)]      (5)
在这种情况下，假设入射光通过空气(折射率＝1)引入。在公式(5)中，λ(0)[nm]是具有入射角θ0的光的中心波长，即垂直撞击在该层上的光的中心波长。此中心波长可以用公式(6)表示。
          λ(0)＝n·P            (6)
此外，反射波长宽带Δλ[nm]可以用公式(7)表示。
          Δλ＝Δn·P            (7)
因此，在形成胆甾醇型液晶层30，同时调整寻常光折射率no、非寻常光折射率ne以及该层的螺旋间距P时，可以形成具有根据入射角θ而改变的任意所需反射中心波长λ(θ)和所需反射波长带宽Δλ的光学薄膜。例如，螺旋间距P的调整可以通过包括混合两种或多种螺旋间距不同的材料来准备该层的步骤来实现。
在将要使用的入射光具有较宽波长范围的情况下，需要拓宽胆甾醇型液晶层选择性反射波长的范围。在这种情况下，可以通过对准液晶从而螺旋间距沿着厚度方向连续变化来拓宽反射波长的范围。代替地，也可以通过重叠在选择性反射波长的范围上不同的胆甾醇型液晶层来拓宽反射波长的范围；此元件可以用作按照本发明的光路选择光学元件。
可以按照如下方式生产此胆甾醇型液晶层30。
将聚酰亚胺对准薄膜涂覆在其上要形成胆甾醇型液晶层的基片上。烘干此涂层，并通过摩擦进行表面处理。从而，形成了聚酰亚胺薄膜。将通过借助于有机溶剂混合低分子量胆甾醇型液晶层或向列液晶和用于扭曲显影的手性试剂的混合物与高分子量单体和光聚合引发剂而准备的液体涂覆在对准薄膜上，并在适当的温度下进行对准。之后，将所需的部分暴露于紫外线以便光聚合所述单体，并通过显影去除不需要的部分。最终，在高温下对剩余的层进行烘烤，以便进行固化。
通过适当地改变胆甾醇型液晶或手性试剂以及这二者的浓度可以实现扭转方向和反射或入射角的调整。
也可以使用高分子量胆甾醇型液晶来形成薄膜。可以按照与上面相类似的方式获得此薄膜。即，将通过借助于有机溶剂混合高分子量胆甾醇型液晶与光聚合引发剂而准备的液体涂覆在聚酰亚胺对准薄膜上，然后在适当的温度下进行对准。将所需的部分涂层暴露于紫外线使其光聚合。可以通过适当地选择对准温度以及通过光聚合进行固化来调整反射或入射角。
在图20中示出了这种构造中的光路选择光学元件13的谱透射率。此胆甾醇型液晶层是包括了左旋胆甾醇型液晶层和右旋胆甾醇型液晶层的重叠层的示例，并且对反射波长范围内的所有偏振分量进行反射。当入射角为不大于临界全反射角θc的θ0时(参见图7)，则在从λiS到λiL的入射光波长范围内的谱透射率大约为0％，并且切断入射光。当入射角大于临界全反射角θc时，则光学元件表现出以下谱透射特性：当入射角从θ1通过θ2增加到θ3时，光波长向短波长侧移动，因此，透射光量增加。从而，包括具有入射角θ0的分量的入射光并未通过，而包括具有大于特定角度的入射角θ1、θ2或θ3的分量的入射光通过；其透射度按照θ1/θ2/θ3的顺序增加。因此，当设计光学元件12从而具有只有具有大于给定界面处的临界全反射角c的角度的入射光分量才能通过的谱特性时，可以有选择地去除任何不满足全反射条件的入射光分量，并只从光学元件12射出被全反射的入射光分量。
按照这种构造，不仅可以获得与利用上述光学干涉滤光器的情况相同的效果和优点，而且能够以较低的成本实现光路选择光学元件13。
对于胆甾醇型液晶层30，当其螺旋结构为右旋时，则该层反射包括右旋圆偏振分量的光，而透射包括左旋圆偏振分量的光。另一方面，当螺旋结构是左旋时，则该层反射包括左旋圆偏振分量的光，而透射包括右旋圆偏振分量的光。因此，当想要反射包括所有偏振分量的光，即不发生透射时，可以使用连续重叠左旋(或右旋)胆甾醇层和右旋(或左旋)胆甾醇层而得到的结构，以反射所有偏振光。
除了上述胆甾醇型液晶以外，体全息图作为具有布拉格反射功能的光学元件也是有效的。体全息图具有布拉格反射功能，并由于薄膜中类似格子状形成的折射率分布而反射特定的波长。此外，随着入射角的增加，所反射的光波长移向短波长侧。这样，将全息图用作光路选择薄膜。可以通过使如全息感光材料、相位分离型光敏聚合物、HPLDC(全息聚合物扩散液晶)或光刻材料受到多束干涉曝光来形成体全息图。
接下来，将解释本发明的第六实施例，本发明的第六实施例是具有更简单也更便宜的构造的全反射光学件，其既不是利用上述光学干涉滤光器也不是利用上述布拉格反射滤光器形成的。
在本实施例中，全反射光学件包括棱镜。在图21中示出了这种情况下全反射光学件的构造的示例。按照这种修改的全反射光学件3包括在入射光引入侧具有波浪状表面的微棱镜阵列64。图21(a)是从光入射侧观看到的微棱镜阵列64的平面图，而图21(b)是沿(a)中的P-P所得到的剖面图。
微棱镜阵列64具有平板形状。其上侧用作光滑的全反射平面66，而其下侧具有通过平行排列具有锥体部分的棱镜68而制成的轮廓。
可以用作微棱镜阵列64的材料有玻璃、树脂等。尤其是从大规模生产稳定性的观点来看，树脂是优选的。光学上优选的树脂是丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、苯乙烯树脂和氯乙烯树脂等。树脂材料包括光固化型、光解型、热固型、热塑型等，并且可以选择合适的类型。
从产量的角度来看，生产微棱镜阵列64优选的过程是：利用模具铸造，热压、注模、印刷或光刻。具体地，可以利用具有微棱镜形状的模具压制热塑树脂来形成微棱镜阵列。代替地，可以通过将光固化树脂或热固树脂充入到模具中，随后利用光或热固化树脂，并将已固化的树脂从模具中取出来形成该阵列。
在光刻中，将光解或光固化树脂通过适当图案的屏蔽掩模暴露于紫外线(或可见光)，并且通过显影分别溶解已曝光区域或未曝光区域，从而形成微棱镜。通过选择树脂材料和曝光量的分布，可以获得所需形状的微棱镜。某些树脂材料在显影之后所进行的高温烘烤处理的热软化期间，可以基于表面张力形成具有所需形状的微棱镜阵列64。
入射光是其入射角位于特定范围内的平面光。如图21(b)所示，使光线以入射角θi撞击在全反射光学件3上。
在按照本实施例的全反射光学件3中，当围绕微棱镜阵列64的介质16是空气(折射率n2＝1)并且微棱镜阵列64由透明树脂(折射率n3＝1.5)制成时，以利用上面给出的公式(1)相同的方式所确定的位于全反射平面52的临界全反射角θc是42[度]。
因此，在本实施例中，调整每个棱镜，从而具有大约90[度]的顶角α和大约45[度]的左角和右角，以便获得全反射平面52上的入射角θ，θ≥θc。在这种情况下，在将入射光从棱镜外侧引入时，此入射光具有大约45[度]的入射角θi。在这些条件下，实质上不会发生光衰弱，而且可以在全反射平面52高效地全反射入射光。每个棱镜的顶角α的数值并不局限于上述数值。
通过这样应用能够以较低的成本容易地大规模生产的微棱镜阵列64引入作为平面光入射的入射光，实质上可以全反射全部被引入的入射光。
可以使用包括放置在此微棱镜阵列64的光路前侧、由玻璃、树脂等制成的透明介质的构造。在图22中示出了这种情况下全反射光学件的剖面构造。
按照此构造，平面入射光撞击在微棱镜阵列64上，并通过微棱镜阵列64将包括具有由包括每个棱镜的顶角α在内的因素所确定的给定入射角的分量的入射光引入到透明介质70中。在透明介质70的全反射平面72高效地全反射这样所引入的入射光。因此，与上述情况一样，可以在透明介质70的全反射平面72反射实质上全部被引入的入射光。
还可以在通过将微棱镜阵列64粘接在透明介质70上而获得的结构的光路前侧，放置根据微棱镜阵列64上的光入射角来改变光路的光学元件，从而构成全反射光学件。
在图23中示出了这种情况下全反射光学件3的剖面构造。全反射光学件3由按照以下顺序从入射光引入侧重叠的如玻璃基片或透明树脂等透明介质14、如透射型衍射光栅等光路改变光学元件10、微棱镜阵列64和透明介质70构成。入射光是其入射角位于特定范围内的平面光。在光路改变光学件10是透射型衍射光栅时，最好是体全息图。但是，光学件10也可以是浮雕型衍射光栅、折射率分布型衍射光栅或幅度调制衍射光栅。
按照这种构造，当作为准直光的平面入射光撞击在全反射光学件3上时，则入射光通过透明介质14，并由光路改变光学元件10改变光路，从而包括具有由包括微棱镜阵列64的顶角α在内的因素所确定的给定入射角的分量。即，改变光路，从而具有满足透明介质70的全反射平面72处的全反射条件的角度。换句话说，设计光路改变光学元件10，从而入射光变为具有光线以其在透明介质70的全反射平面72全反射的入射角。因此，在透明介质70的全反射平面72可以全反射所引入的入射光。
下面，将参照图24，简要地解释用在上述实施例中的全反射光学件2的其他构造的示例。
首先，图24(a)所示的全反射光学件是包括按照以下顺序从入射光引入侧重叠的光路改变光学元件10和具有全反射平面的透明介质14的结构。在这种全反射光学件中，设计光路改变光学元件10，从而在作为透明介质14的光路前侧的全反射平面22全反射入射光。
按照这种全反射光学件，当入射光撞击在其上时，由光路改变光学件10改变光路，从而使其包括在透明介质14的全反射平面被全反射的入射角分量。在全反射平面22全反射其光路已经改变了的透射光。
接下来，图24(b)所示的全反射光学件是包括按照以下顺序充入射光引入侧重叠的光路改变光学元件10、透明介质和具有全反射平面的光路改变光学元件12的结构。在这种全反射光学件中，设计光路改变光学元件10，从而在作为光路选择光学元件12的光路前侧的全反射平面全反射入射光。
按照此全反射光学件，当入射光撞击在其上时，由光路改变光学元件10改变入射光的光路。从而，将包括能够在全反射平面全反射的入射角分量的光线引入到光路选择光学元件12中，并在全反射平面全反射。另一方面，包括具有任意其他入射角的分量的光线并未被引入到光路选择光学元件12中，而是有选择地反射，并返回到入射光引入侧。
图24(c)所示的全反射光学件具有通过在其光路前侧放置其折射率低于透明介质14的折射率的透明介质24，模制图24(b)所示的全反射光学件而获得的构造。在这种情况下，设计光路选择光学元件12，从而能够在作为透明介质24的光路前侧的全反射平面全反射入射光。
按照此全反射光学件，当通过光路改变光学元件10和透明介质14引入入射光时，在作为透明介质24的光路前侧的全反射平面全反射被引入到光路选择光学元件12中的入射光。另一方面，包括具有任意其他入射角的分量的光线并未被引入到光路选择光学元件12中，而是有选择地反射，并返回到入射光引入侧。
接下来，图24(d)所示的全反射光学件是包括按照以下顺序从入射光引入侧重叠的光路选择光学元件12和具有全反射平面的透明介质14的结构。在这种全反射光学件中，设计光路选择光学元件12，从而能够在作为透明介质14的光路前侧的全反射平面全反射入射光。
按照此全反射光学件，当入射光撞击在其上时，光路选择光学元件12只透射包括在透明介质14的全反射平面全反射的入射角分量的光。在全反射平面全反射此透射光。另一方面，光路选择光学元件12有选择地反射不满足全反射条件的入射光分量，并实质上防止其通过全反射光学件。
接下来，图24(e)所示的全反射光学件是包括按照以下顺序从入射光引入侧重叠的光路改变光学元件10、用作光学粘接层的光连接介质18、光路选择光学元件12和透明介质14的结构。按照此全反射光学件，当入射光撞击在其上时，由光路改变光学元件10改变光路，从而包括在透明介质14的全反射平面全反射的入射角分量。在全反射平面全反射其光路已经被改变了的光线。另一方面，光路选择光学元件12有选择地反射并不满足全反射条件的入射光分量，并实质上防止其通过全反射光学件。
接下来，图24(f)所述的全反射光学件是包括按照以下顺序从入射光引入侧重叠的透明介质14、光路改变光学元件10和光路选择光学元件12的结构。按照此全反射光学件，当入射光撞击在其上时，通过透明介质14将入射光引入到光路改变光学元件10中。由光路改变光学元件10改变所引入的光线的光路，从而包括在全反射平面全反射的入射角分量。另一方面，光路选择光学元件12有选择地反射并不满足全反射条件的入射光分量，并实质上防止其通过全反射光学件。
甚至可以将具有上述构造的全反射光学件应用于按照上述实施例的全反射光学件，并且可以产生相同的效果和优点。只要起到按照上述精神的功能，并不特别限制全反射光学件的层构造。
下面，将给出对全反射光学件的特定构造示例及用于确定此构造示例中光学件的谱透射率的模拟结果的解释。
在图25中示出了全反射光学件的构造示例。这种情况下的全反射光学件包括按照以下顺序从入射光引入侧重叠的光漫射薄膜(折射率n＝1.5)作为光路改变光学元件、多层介质膜作为光路选择光学元件、以及玻璃基片(折射率n＝1.5)。在玻璃基片的光路前侧是空气(折射率n＝1.0)。
多层介质膜是具有由TiO2/SiO2/…/SiO2/TiO2组成的29层结构的多层膜，其中将每层的光学厚度调整为1/4λ(假设波长λ＝440[nm])。如图26所示，所使用的入射光是具有波长λ＝350到400[nm]的UV光源。这种情况下的临界全反射角θc是大约40[度]。
在这些条件下，确定了光学件(多层介质膜)的谱透射率。在图27和图28中示出了所获得的结果。图27是相对于每个入射角θ，示出了谱透射率T随着波长λ的变化的曲线图，而图28是相对于每个波长λ，示出了入射角θ与谱透射率T之间的关系的曲线图。
如图27(a)所示，当入射角θ是0[度]时，在UV光源的波长范围内的谱透射率T大约为0[％]，表明光并未通过光学件。如图27(b)所示，当入射角θ是刚好位于临界全反射角θc之前的40[度]时，则光线在这种情况下也未通过光学件。当如图27(c)所示，入射角θ是70[度]时，对于P波的谱透射率大约是100[％]，而对于S波的谱透射率大约是0[％]。P波与S波的平均值大约是50[％]。
此外，如图28(a)所示，当波长λ是位于UV光源波长范围中的短波长侧的350[nm]时，随着入射角θ增加超过大约50[度]，P波的谱透射率增加。在如图28(b)所示的中心波长的情况下，即，λ＝375[nm]，随着入射角θ增加超过大约46[度]，谱透射率增加。此外，当波长λ是位于长波长侧的400[nm]时，如图28(c)所示，则随着入射角θ增加超过大约42[度]，谱透射率增加。
因此，通过使用P波，从而被光学件全反射，或者通过改变其多种条件而适当地设计光学件，从而获得与P波相类似的针对S波的谱特征，当其入射角θ不大于临界全反射角θc时，可以有选择地反射具有UV光源波长范围内的波长的入射光，而在其入射角θ大于临界全反射角θc时，透射该入射光。从而，使得光学件中的多层介质膜足可以用作光路选择光学元件S。
在上面所给出的解释中，将由TiO2/SiO2构成的多层膜表示为多层介质膜的示例。但是，最好根据所使用的光的波长适当地选择多层介质膜的材料。例如，
对于可见光和红外线的优选示例包括：
·具有高折射率的材料(具有大约1.8或更高折射率的材料)，如：
TiO2、CeO2、Ta2O5、ZrO2、Sb2O3、HfO2、La2O3，NdO3、Y2O3、ZnO和Nb2O5；
·具有较高折射率的材料(具有大约从1.6到1.8的折射率的材料)，如：
MgO、Al2O3、CeF3、LaF3和NdF3；以及
·具有低折射率的材料(具有大约1.5或更低折射率的材料)，如：
SiO2、AlF3、MgF2、Na3AlF6、NaF、LiF、CaF2和BaF2。
对于紫外线的优选示例包括：
·具有高折射率的材料(具有大约1.8或更高折射率的材料)，如：
ZrO2、HfO2、La2O3、NdO3和Y2O3或
TiO2、Ta2O5和ZrO2(假设光线的波长大约从360nm到400nm)；
·具有较高折射率的材料(具有大约从1.6到1.8的折射率的材料)，如：
MgO、A12O3、LaF3和NdF3；以及
·具有低折射率的材料(具有大约1.5或更低折射率的材料)，如：
SiO2、AlF3、MgF2、Na3AlF6、NaF、LiF和CaF2。
尽管已经参照本发明的附图对本发明进行了详细的描述，本领域的技术人员应当清楚的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下可以进行多种改变和修改。
本申请基于2001年7月19日递交的日本专利申请(专利申请2001-220044)，其内容这里一并作为参考。
<工业应用>
按照本发明的光调制元件包括：全反射光学件，具有以下特性：在由光调制元件构成的层的界面处全反射至少部分作为平面光被引入到光调制元件中的入射光，并且入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出；以及光耦合元件，设置在全反射光学件的全反射平面侧，用于有选择地与入射光耦合，并从全反射平面引出所述入射光。由于这种构造，当作为平面光的入射光撞击在全反射光学件上时，将入射光引入到全反射光学件中，并且在由光调制元件构成的层的界面处全反射至少部分所引入的入射光，而且入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出。当用于与入射光耦合并引出入射光的光耦合元件有选择地靠近此全反射光学件的全反射平面放置时，则靠近放置的光耦合元件引出将要被全反射的光线，并射向入射光光路前侧。因此，可以将平面入射光高效地引入到光调制元件中，而保持平面状态，而且可以根据光耦合元件靠近放置的状态，有选择地进行光调制。因此，能够实现具有提高能量效率的光调制，而无需使用采用了波导或光波导板的显示技术。
按照本发明的显示元件包括上述光调制元件和平板光源。由于这种构造，在将平板光源发射的入射光引入到光调制元件中时，可以通过光耦合元件对引入到光调制元件的全反射光学件中的光进行调制，并有选择地射向光路前侧。从而，可以高效地产生高质量的图像。
按照本发明的曝光元件采用了上述显示元件，并根据预定的曝光数据在其中进行光调制。由于这种构造，将光有选择地引向要进行曝光的作品，并可以对要曝光的作品进行曝光。

Claims (62)

1、一种具有平板形状的光调制元件，其中包括：
全反射光学件，具有以下特性：在由光调制元件构成的层的界面上全反射至少部分引入到光调制元件中的入射光，而且入射光实质上并未通过与入射光引入侧相对的侧面射出；以及
光耦合元件，放置在全反射光学件的全反射平面侧，用于有选择地与入射光耦合，并从全反射平面引出入射光。
2、按照权利要求1所述的光调制元件，其特征在于所述入射光是平面光。
3、按照权利要求1或2所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件通过改变所述全反射平面上的入射光全反射条件来引出所述入射光。
4、按照权利要求1-3中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件包括柔性薄膜，所述柔性薄膜被支撑托住，从而能够通过机电运动，靠近所述全反射光学件的全反射平面。
5、按照权利要求4所述的光调制元件，其特征在于所述机电运动是由静电力引起的运动。
6、按照权利要求1-5中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件包括层，所述层包含有在向其施加电场时光学特性发生变化的液晶。
7、按照权利要求1-6中任何一项所述的光调制元件，其特征在于将所述光耦合元件按照一维阵列设置在所述全反射光学件的上方。
8、按照权利要求1-6中任何一项所述的光调制元件，其特征在于将所述光耦合元件按照二维阵列设置在所述全反射光学件的上方。
9、按照权利要求8所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件与无源矩阵操作装置相连。
10、按照权利要求1-9中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件具有改变引出光的路径的光路偏转器。
11、按照权利要求10所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器基于折射来改变所引出的光的路径。
12、按照权利要求11所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器包括透镜阵列、棱镜阵列或渐变折射率透镜体。
13、按照权利要求10所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器基于衍射来改变所引出的光的路径。
14、按照权利要求13所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器包括体全息图、相位调制衍射光栅或幅度调制衍射光栅。
15、按照权利要求10所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器基于光漫射或光散射来改变所引出的光的路径。
16、按照权利要求15所述的光调制元件，其特征在于所述光路偏转器是多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、或在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
17、按照权利要求1-16中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件具有特定波长分量吸收装置，吸收并发出所引出的光的特定波长分量。
18、按照权利要求1-16中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述光耦合元件均具有在接收到所引出的光时表现出激励发光的荧光体。
19、按照权利要求1-16中任何一项所述的光调制元件，其特征在于具有在接收到由所述光耦合元件所引出的输出光时表现出激励发光的荧光体。
20、按照权利要求1-19中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述全反射光学件具有放置在其中的改变光路的光学元件，而且将至少部分引入到所述全反射光学件中的平面入射光引入到改变光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
21、按照权利要求1-19中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述全反射光学件具有放置在其中的选择光路的光学元件，而且将至少部分引入到所述全反射光学件中的平面入射光引入到选择光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
22、按照权利要求1-19中任何一项所述的光调制元件，其特征在于所述全反射光学件具有沿着所述全反射光学件的厚度方向、从入射光引入侧按照顺序放置在其中的改变光路的光学元件和选择光路的光学元件，而且在将平面入射光引入到改变光路的所述光学元件中时，则将至少部分所引入的入射光引入到选择光路的所述光学元件中，而且实质上，在由所述全反射光学件构成的层的界面上，通过全反射，反射这样引入的全部入射光。
23、按照权利要求22所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件与选择光路的所述光学元件彼此光学接触。
24、按照权利要求22所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件与选择光路的所述光学元件通过具有高于1的折射率的介质彼此光学接触。
25、按照权利要求20和21到24之一所述的光调制元件，其特征在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将改变光路的所述光学元件放置在所述透明介质的光路前侧。
26、按照权利要求21到24之一所述的光调制元件，其特征在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将选择光路的所述光学元件放置在所述透明介质的光路前侧。
27、按照权利要求22到24之一所述的光调制元件，其特征在于所述光调制元件具有构成部分所述全反射光学件的透明介质，并将改变光路的所述光学元件和选择光路的所述光学元件按照此顺序放置在所述透明介质的光路前侧。
28、按照权利要求20和22到27之一所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件向前输出包括至少具有角度θt的光分量的光线，所述角度θt满足要求
                     sinθt＞nw/nt，其中nt是改变光路的所述光学元件的平均折射率，nw是放置在所述全反射平面的光路前侧的介质的折射率，而θt是通过改变光路的所述光学元件的所述介质的光线的角度。
29、按照权利要求20和22到28之一所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是基于折射改变光路的光学元件。
30、按照权利要求29所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是任意透镜阵列、棱镜阵列和其中分布了不同折射率的不同折射率分布物体。
31、按照权利要求20和22到28之一所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是基于衍射改变光路的光学元件。
32、按照权利要求31所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是任意体全息图、相位调制衍射光栅和幅度调制衍射光栅。
33、按照权利要求20和22到28之一所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是基于光漫射来改变光路的光学元件。
34、按照权利要求33所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是任意多孔物体、包含有扩散或分布在其中的不同折射率的物质的物体、以及在其表面上具有不规则性的光漫射或光散射物体。
35、按照权利要求20和22到28之一所述的光调制元件，其特征在于改变光路的所述光学元件是基于光反射来改变光路的光学元件。
36、按照权利要求21到35之一所述的光调制元件，其特征在于选择光路的所述光学元件具有以下特性：实质上，由光学元件所发射的所有透射光都具有其角度大于放置在选择光路的所述光学元件的入射光光路前侧的层的界面处、或者选择光路的所述光学元件的入射光光路前侧的界面处的临界全反射角的分量，并且有选择地反射具有任意其他角度的入射光分量，并使其不透射过去。
37、按照权利要求21到36之一所述的光调制元件，其特征在于选择光路的所述光学元件实质上透射所有具有角度θs的光线，所述角度θs满足要求
                  sinθs＞nw/ns，其中ns是选择光路的所述光学元件的平均折射率，nw是放置在所述全反射平面的光路前侧的介质的折射率，而θs是通过选择光路的所述光学元件的所述介质的光线的角度。
38、按照权利要求21到37之一所述的光调制元件，其特征在于选择光路的所述光学元件用于相对于波长区域有选择地反射入射光，而且撞击在选择光路的所述光学元件上的光相对于所述光学元件的平面的入射角变小时，有选择地反射的入射光的波长则移向较短的波长侧。
39、按照权利要求21到38之一所述的光调制元件，其特征在于当调整撞击在选择光路的所述光学元件上的光的入射角，从而在所述入射光光路前侧的全反射平面上的入射角不大于所述临界全反射角时，则选择光路的所述光学元件有选择地反射实质上全部入射光。
40、按照权利要求21到39之一所述的光调制元件，其特征在于选择光路的光学元件是包括多层介质膜的光干涉滤光器。
41、按照权利要求21到39之一所述的光调制元件，其特征在于选择光路的所述光学元件是包括胆甾醇型液晶或体全息图的布拉格反射滤光器。
42、按照权利要求1-19所述的光调制元件，其特征在于所述全反射光学件具有将入射光引入到所述光调制元件中的光学元件，而且在将平行入射光引入到所述入射光引入光学元件中时，则在由所述光调制元件构成的层的界面处，通过全反射，反射实质上全部被引入的入射光。
43、按照权利要求42所述的光调制元件，其特征在于引入入射光的所述光学元件是按照平面排列放置的棱镜阵列。
44、按照权利要求1-43所述的光调制元件，其特征在于将已经被全反射了的实质上全部入射光返回到所述全反射光学件的所述入射光引入侧。
45、按照权利要求1-44所述的光调制元件，其特征在于构成了所述全反射光学件的所述层在所述入射光的所述波长范围内实质上并未表现出任何吸收。
46、一种显示元件，包括按照权利要求1到45之一所述的光调制元件和用于将入射光引入到所述光调制元件中的平板光源。
47、按照权利要求46所述的显示元件，其特征在于所述入射光是具有特定入射角度范围的准直光。
48、按照权利要求46所述的显示元件，其特征在于所述入射光是具有两个或更多个入射角的准直光。
49、按照权利要求46所述的显示元件，其特征在于所述入射光是具有任意入射角的漫射光。
50、按照权利要求46到49之一所述的显示元件，其特征在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有插入在所述全反射光学件的所述全反射平面和所述光耦合元件之间的滤光器，所述滤光器反射所述荧光体发光的波长分量并透射所述入射光的波长分量。
51、按照权利要求46到49之一所述的显示元件，其特征在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有放置在所述荧光体的光路前侧的滤光器，所述滤光器透射荧光体发光的波长分量，并切断所述入射光的波长分量。
52、按照权利要求46到49之一所述的显示元件，其特征在于具有位于所述光耦合元件上或位于其光路前侧的荧光体，而且还具有位于所述荧光体光路前侧的滤光器，所述滤光器吸收发光波长范围内的光。
53、按照权利要求50所述的显示元件，其特征在于所述滤光器是包括多层介质膜的光学干涉滤光器。
54、按照权利要求50所述的显示元件，其特征在于所述滤光器是包括胆甾醇型薄膜的布拉格反射滤光器。
55、按照权利要求46到54之一所述的显示元件，其特征在于所述入射光具有从350nm到400nm的主波长。
56、按照权利要求46到54之一所述的显示元件，其特征在于所述入射光具有从400nm到500nm的主波长。
57、按照权利要求50-56之一所述的显示元件，其特征在于所述荧光体发出可见光。
58、按照权利要求57所述的显示元件，其特征在于所述荧光体包括发射红光、绿光和蓝光的发光材料。
59、按照权利要求46到58之一所述的显示元件，其特征在于所述光源是放置在所述全反射光学件内的平面光源，而所述入射光是所述光源所发出的光。
60、按照权利要求46到58之一所述的显示元件，其特征在于所述入射光是从所述全反射光学件的外部引入的光线。
61、按照权利要求46到60之一所述的显示元件，其特征在于具有反射器，所述反射器被放置成以便面对所述显示元件的入射光引入侧，并且通过其将已经引入到所述显示元件中、然后由所述显示元件反射的所述入射光再次指引向所述显示元件。
62、一种曝光元件，采用了按照权利要求46到61之一所述的显示元件，并根据曝光数据，利用光调制，有选择地向作品发光。
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