JP2003029170A - 光変調素子及び表示素子、並びに露光素子 - Google Patents
光変調素子及び表示素子、並びに露光素子Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導波路や導光板を用いた表示方式を用いるこ
となく、低コストでコントラスト低下を防止しつつ、エ
ネルギ効率を高めた光変調素子、及び高品位な画像表示
が行える表示素子、並びに露光処理が行える露光素子を
提供する。 【解決手段】 光変調素子へ面状に導入した入射光の少
なくとも一部が光変調素子の構成する層の界面（全反射
面）２２で全反射する一方、入射光導入側の反対側から
は入射光が実質的に出射しない特性を有する全反射光学
部材２と、全反射光学部材２の全反射面２２側に配設す
ると共に全反射面２２から入射光を選択的に結合させて
取り出す光結合要素６とを備えた。
となく、低コストでコントラスト低下を防止しつつ、エ
ネルギ効率を高めた光変調素子、及び高品位な画像表示
が行える表示素子、並びに露光処理が行える露光素子を
提供する。 【解決手段】 光変調素子へ面状に導入した入射光の少
なくとも一部が光変調素子の構成する層の界面（全反射
面）２２で全反射する一方、入射光導入側の反対側から
は入射光が実質的に出射しない特性を有する全反射光学
部材２と、全反射光学部材２の全反射面２２側に配設す
ると共に全反射面２２から入射光を選択的に結合させて
取り出す光結合要素６とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面状の入射光を導
入して、所望の画像を表示する平面形状の光変調素子及
び表示素子、並びに露光素子に関する。
入して、所望の画像を表示する平面形状の光変調素子及
び表示素子、並びに露光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】入射光の振幅（強度）、位相又は進行方
向等を制御して、画像やパターン化されたデータ等を処
理・表示するものに光変調素子がある。光変調素子は、
光を透過させる物質の屈折率を物質に印加する外場によ
って変化させ、屈折、回折、吸収、散乱等等の光学現象
を介して、最終的にこの物質を透過又は反射する光の強
度を制御する。この光変調素子には、例えば液晶の電気
光学効果を利用した液晶光変調素子等があり、薄型の平
面表示素子である液晶表示装置に好適に用いられてい
る。また、自発光型の薄型平面表示素子としては、プラ
ズマ表示装置、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・デ
ィスプレイ）等が知られている。液晶光変調素子は、薄
型の平面表示素子である液晶表示装置に好適に用いられ
ている。
向等を制御して、画像やパターン化されたデータ等を処
理・表示するものに光変調素子がある。光変調素子は、
光を透過させる物質の屈折率を物質に印加する外場によ
って変化させ、屈折、回折、吸収、散乱等等の光学現象
を介して、最終的にこの物質を透過又は反射する光の強
度を制御する。この光変調素子には、例えば液晶の電気
光学効果を利用した液晶光変調素子等があり、薄型の平
面表示素子である液晶表示装置に好適に用いられてい
る。また、自発光型の薄型平面表示素子としては、プラ
ズマ表示装置、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・デ
ィスプレイ）等が知られている。液晶光変調素子は、薄
型の平面表示素子である液晶表示装置に好適に用いられ
ている。
【０００３】液晶表示装置の代表例としては、一対の導
電性透明膜を形成した基板間に、基板と平行に且つ両基
板間で９０°ねじれた状態にするように配向したネマテ
ィック液晶を入れて封止し、これを直交した偏光板で挟
んだ構造を有する。この液晶表示装置による表示は、導
電性透明膜に電圧を印加することで液晶分子の長軸方向
が基板に対して垂直に配向され、バックライトからの光
の透過率が変化することを利用して行われる。良好な動
画像対応性を持たせるためには、ＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）を用いたアクティブマトリクス液晶パネルが使用
される。
電性透明膜を形成した基板間に、基板と平行に且つ両基
板間で９０°ねじれた状態にするように配向したネマテ
ィック液晶を入れて封止し、これを直交した偏光板で挟
んだ構造を有する。この液晶表示装置による表示は、導
電性透明膜に電圧を印加することで液晶分子の長軸方向
が基板に対して垂直に配向され、バックライトからの光
の透過率が変化することを利用して行われる。良好な動
画像対応性を持たせるためには、ＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）を用いたアクティブマトリクス液晶パネルが使用
される。
【０００４】プラズマ表示装置は、ネオン、ヘリウム、
キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、
放電電極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を
多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素と
した構造を有する。このプラズマ表示装置による表示
は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対
向電極へ選択的に電圧を印加することにより、交点部を
放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起発光
させて行われる。
キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、
放電電極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を
多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素と
した構造を有する。このプラズマ表示装置による表示
は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対
向電極へ選択的に電圧を印加することにより、交点部を
放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起発光
させて行われる。
【０００５】ＦＥＤは、微小間隔を介して一対のパネル
を対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の
表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面
には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位
発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界
放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐
状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。
このＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子
を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光
体を励起させて行われる。
を対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の
表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面
には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位
発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界
放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐
状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。
このＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子
を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光
体を励起させて行われる。
【０００６】ところが、上述した従来の平面表示素子に
おいては、まず、液晶表示装置ではバックライトからの
光を偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透
過させるため、光利用効率が低下する問題がある。さら
に液晶特有の視野角依存による画質劣化、低速応答によ
る動画画質の劣化、及びＴＦＴによる大面積でのコスト
が問題である。また、プラズマ表示装置では画素毎に放
電用の隔壁形成を行うため、高精細になると高効率で高
輝度を得ることが困難であり、駆動電圧も高いことから
コストが高くなる欠点がある。さらに、ＦＥＤでは、放
電を高効率且つ安定化させるために、パネル内を超高真
空にする必要があり、プラズマ表示装置と同様に製造コ
ストが高くなり、また、電界放出した電子を加速して蛍
光体へ照射するため、高電圧が必要となる不利もあっ
た。
おいては、まず、液晶表示装置ではバックライトからの
光を偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透
過させるため、光利用効率が低下する問題がある。さら
に液晶特有の視野角依存による画質劣化、低速応答によ
る動画画質の劣化、及びＴＦＴによる大面積でのコスト
が問題である。また、プラズマ表示装置では画素毎に放
電用の隔壁形成を行うため、高精細になると高効率で高
輝度を得ることが困難であり、駆動電圧も高いことから
コストが高くなる欠点がある。さらに、ＦＥＤでは、放
電を高効率且つ安定化させるために、パネル内を超高真
空にする必要があり、プラズマ表示装置と同様に製造コ
ストが高くなり、また、電界放出した電子を加速して蛍
光体へ照射するため、高電圧が必要となる不利もあっ
た。
【０００７】このような諸問題を解消するものとして、
近年、電気機械動作により可撓薄膜を変位させ、これに
より光源からの光を光変調して画像表示を行う平面表示
素子が開発されている。電気機械動作としては、電圧印
加による圧電効果を利用したもの、電流印加による電磁
気力を利用したもの等種々の方式があるが、特に静電気
力を利用したものは、光変調のための可撓薄膜の変位量
が１μｍ程度であれば、低電圧・低消費電力で数μｓ以
下の高速駆動が可能である。また、変位の電圧依存性に
おいてヒステリシス特性を有するため、２次元アレイ構
成においてはパッシブマトリクス駆動が高コントラスト
で可能であり、ＴＦＴ等のアクティブ素子が不要で大面
積の平面表示素子を低コストで製造できる。この種の平
面表示素子としては、例えば、下記の文献に記載されて
いる導光板方式によるものがある。 ・Large-Area Micromechanical Display IDRC 1997, p2
30〜p233 ・米国特許第５，７７１，３２１号明細書 ・特表２０００−５０５９１１号公報
近年、電気機械動作により可撓薄膜を変位させ、これに
より光源からの光を光変調して画像表示を行う平面表示
素子が開発されている。電気機械動作としては、電圧印
加による圧電効果を利用したもの、電流印加による電磁
気力を利用したもの等種々の方式があるが、特に静電気
力を利用したものは、光変調のための可撓薄膜の変位量
が１μｍ程度であれば、低電圧・低消費電力で数μｓ以
下の高速駆動が可能である。また、変位の電圧依存性に
おいてヒステリシス特性を有するため、２次元アレイ構
成においてはパッシブマトリクス駆動が高コントラスト
で可能であり、ＴＦＴ等のアクティブ素子が不要で大面
積の平面表示素子を低コストで製造できる。この種の平
面表示素子としては、例えば、下記の文献に記載されて
いる導光板方式によるものがある。 ・Large-Area Micromechanical Display IDRC 1997, p2
30〜p233 ・米国特許第５，７７１，３２１号明細書 ・特表２０００−５０５９１１号公報
【０００８】図２９は導光板方式の平面表示素子８０の
一部断面図である。この図に示すように、導光板（又は
導波路）８２の片面の一方の側端部にプリズム８４を光
学的に接続し、このプリズム８４を通じて光源（白色光
源、ＬＥＤ、レーザ光源等）８６からの光を導入し、導
光板８２内で全反射により導光させている。また、導光
板８２の表面には複数の可撓薄膜８８を離反・接触可能
に設けており、これら可撓薄膜８８と導光板８２表面に
それぞれ電極層８９を形成させている。電極層８９に駆
動電圧が印加された可撓薄膜８８は、導光板８２表面に
接触し、導光板８２表面の全反射条件が崩されて導光板
８２から光が取り出される。一方、駆動電圧の印加され
ていない可撓薄膜８８は、導光板８２表面から離反して
光は出射されない。このようにして、各可撓薄膜８８の
電極層８９に駆動電圧を選択的に印加することで導光板
８２表面に画像表示が行われる。
一部断面図である。この図に示すように、導光板（又は
導波路）８２の片面の一方の側端部にプリズム８４を光
学的に接続し、このプリズム８４を通じて光源（白色光
源、ＬＥＤ、レーザ光源等）８６からの光を導入し、導
光板８２内で全反射により導光させている。また、導光
板８２の表面には複数の可撓薄膜８８を離反・接触可能
に設けており、これら可撓薄膜８８と導光板８２表面に
それぞれ電極層８９を形成させている。電極層８９に駆
動電圧が印加された可撓薄膜８８は、導光板８２表面に
接触し、導光板８２表面の全反射条件が崩されて導光板
８２から光が取り出される。一方、駆動電圧の印加され
ていない可撓薄膜８８は、導光板８２表面から離反して
光は出射されない。このようにして、各可撓薄膜８８の
電極層８９に駆動電圧を選択的に印加することで導光板
８２表面に画像表示が行われる。
【０００９】また、この他の平面表示素子として、下記
の文献に記載されたものがある。Waveguide Panel Disp
lay Using Electromechanical Spatial Modulators, 19
98SID International Symposium Digest of Technical
Papers, p.1022-p.1025.上記文献の平面表示素子の構成
は、図３０に示すように、前面ガラス９１の上に平行な
複数の導光路９２を並設し、その一端側には、マイクロ
レンズ９３を有した導光材９４を介してＬＥＤ（ライト
エミッティグダイオード）アレイ９５を接続してある。
ＬＥＤアレイ９５は、複数の発光部が一次元に並べられ
たもので、その発光部の一つ一つが各導光路９２それぞ
れに対応している。導光路９２の上には、間隙を有して
平行な複数の可撓薄膜（光スイッチ）９６を、導光路９
２に直交する方向で並設してある。可撓薄膜９６の上に
は一部分のみを可撓薄膜９６に接触させた後面ガラス９
７を設けてあり、後面ガラス９７はこの可撓薄膜９６を
変位可能に支持している。
の文献に記載されたものがある。Waveguide Panel Disp
lay Using Electromechanical Spatial Modulators, 19
98SID International Symposium Digest of Technical
Papers, p.1022-p.1025.上記文献の平面表示素子の構成
は、図３０に示すように、前面ガラス９１の上に平行な
複数の導光路９２を並設し、その一端側には、マイクロ
レンズ９３を有した導光材９４を介してＬＥＤ（ライト
エミッティグダイオード）アレイ９５を接続してある。
ＬＥＤアレイ９５は、複数の発光部が一次元に並べられ
たもので、その発光部の一つ一つが各導光路９２それぞ
れに対応している。導光路９２の上には、間隙を有して
平行な複数の可撓薄膜（光スイッチ）９６を、導光路９
２に直交する方向で並設してある。可撓薄膜９６の上に
は一部分のみを可撓薄膜９６に接触させた後面ガラス９
７を設けてあり、後面ガラス９７はこの可撓薄膜９６を
変位可能に支持している。
【００１０】このように構成された平面表示素子９０
は、図３１に示すように、所定の可撓薄膜９６上の電極
に電圧が印加されると、静電気応力によって可撓薄膜９
６が導光路９２側に接近する方向に変位する。一方、Ｌ
ＥＤアレイ９５は、画像信号に基づきこれと同期して発
光する。すると、導光路９２内を全反射しながら進んで
いた光が可撓薄膜９６内に導入され、可撓薄膜９６内に
設けられているミラー９８に反射され、導光路９２に略
垂直な方向で再び入射されることになる。導光路９２に
略垂直な方向で入射された光は、全反射条件を満足する
入射角度が保てず、導光路９２を通過して前面ガラス９
１側から出射されることになる。
は、図３１に示すように、所定の可撓薄膜９６上の電極
に電圧が印加されると、静電気応力によって可撓薄膜９
６が導光路９２側に接近する方向に変位する。一方、Ｌ
ＥＤアレイ９５は、画像信号に基づきこれと同期して発
光する。すると、導光路９２内を全反射しながら進んで
いた光が可撓薄膜９６内に導入され、可撓薄膜９６内に
設けられているミラー９８に反射され、導光路９２に略
垂直な方向で再び入射されることになる。導光路９２に
略垂直な方向で入射された光は、全反射条件を満足する
入射角度が保てず、導光路９２を通過して前面ガラス９
１側から出射されることになる。
【００１１】この平面表示素子９０によれば、静電気応
力によって可撓薄膜９６を変位させるため、可撓薄膜９
６の動作を高速追従させることができると共に、液晶表
示装置のように光を多数層に透過せず、また、プラズマ
表示装置のように放電部の隔壁形成や高圧駆動回路も不
要になるため、高速で安価な平面表示素子の実現が可能
になる。
力によって可撓薄膜９６を変位させるため、可撓薄膜９
６の動作を高速追従させることができると共に、液晶表
示装置のように光を多数層に透過せず、また、プラズマ
表示装置のように放電部の隔壁形成や高圧駆動回路も不
要になるため、高速で安価な平面表示素子の実現が可能
になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光導波路タイプの平面表示素子８０，９０にあっては、
入射光の導入方法が、導光板の片面側端部に接続された
プリズムを通じて導入する、或いは導光板・導波路の端
面側からの導入方式となっている。ところが、薄型平板
状の導光板・導波路は、その端面の入射開口面積が狭
く、入射光との結合効率が悪くなる傾向がある。また、
導光板・導波路は、更なる薄型化・大面積化が望まれて
おり、端面の入射開口面積はますます狭くなる傾向にあ
り、結合効率の悪化が懸念されている。さらに、入射光
（光源）形状、導入位置に制限があり、光源の大きさ・
数が限られ、高出力の光を導入することができない。ま
た、入射光形状をビーム状・線状にする必要があり、光
源の種類が限られ、上記形状にするための光学系が別途
必要となる。その結果、製造プロセスが複雑化してコス
トが増大するといった問題を生じる。
光導波路タイプの平面表示素子８０，９０にあっては、
入射光の導入方法が、導光板の片面側端部に接続された
プリズムを通じて導入する、或いは導光板・導波路の端
面側からの導入方式となっている。ところが、薄型平板
状の導光板・導波路は、その端面の入射開口面積が狭
く、入射光との結合効率が悪くなる傾向がある。また、
導光板・導波路は、更なる薄型化・大面積化が望まれて
おり、端面の入射開口面積はますます狭くなる傾向にあ
り、結合効率の悪化が懸念されている。さらに、入射光
（光源）形状、導入位置に制限があり、光源の大きさ・
数が限られ、高出力の光を導入することができない。ま
た、入射光形状をビーム状・線状にする必要があり、光
源の種類が限られ、上記形状にするための光学系が別途
必要となる。その結果、製造プロセスが複雑化してコス
トが増大するといった問題を生じる。
【００１３】そして、画像表示時においては、平面表示
素子８０では、導光路の光路上流の素子がＯＮ状態にな
ると、この素子の光路下流への導光が減衰し、所謂クロ
ストークが発生して画像品質を低下させることになる。
また、ＯＮ状態の素子が生じるリーク光によって、その
素子周囲の画像のコントラストが低下するという問題も
ある。一方、平面表示素子９０では、細い導光路に大出
力の光を投入するため、光路に光結合損失が発生して光
利用効率が低下する。さらに導波路の一部に僅かでも欠
陥がある場合には、その位置からリーク光が生じてしま
い、画質低下の生じやすい構成となっている。
素子８０では、導光路の光路上流の素子がＯＮ状態にな
ると、この素子の光路下流への導光が減衰し、所謂クロ
ストークが発生して画像品質を低下させることになる。
また、ＯＮ状態の素子が生じるリーク光によって、その
素子周囲の画像のコントラストが低下するという問題も
ある。一方、平面表示素子９０では、細い導光路に大出
力の光を投入するため、光路に光結合損失が発生して光
利用効率が低下する。さらに導波路の一部に僅かでも欠
陥がある場合には、その位置からリーク光が生じてしま
い、画質低下の生じやすい構成となっている。
【００１４】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たもので、導波路や導光板を用いた表示方式を用いるこ
となく、任意のバックライト光源が使用でき、低コスト
でコントラスト低下を防止しつつ、エネルギ効率を高め
た光変調素子、及び高品位な画像表示が行える表示素
子、並びに露光処理が行える露光素子を提供することを
目的としている。
たもので、導波路や導光板を用いた表示方式を用いるこ
となく、任意のバックライト光源が使用でき、低コスト
でコントラスト低下を防止しつつ、エネルギ効率を高め
た光変調素子、及び高品位な画像表示が行える表示素
子、並びに露光処理が行える露光素子を提供することを
目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る請求項１記載の光変調素子は、平面形状の光
変調素子であって、前記光変調素子へ導入した入射光の
少なくとも一部が前記光変調素子の構成する層の界面で
全反射する一方、入射光導入側の反対側からは前記入射
光が実質的に出射しない特性を有する全反射光学部材
と、前記全反射光学部材の全反射面側に配設すると共に
前記全反射面から入射光を選択的に結合させて取り出す
光結合要素とを備えたことを特徴とする。
発明に係る請求項１記載の光変調素子は、平面形状の光
変調素子であって、前記光変調素子へ導入した入射光の
少なくとも一部が前記光変調素子の構成する層の界面で
全反射する一方、入射光導入側の反対側からは前記入射
光が実質的に出射しない特性を有する全反射光学部材
と、前記全反射光学部材の全反射面側に配設すると共に
前記全反射面から入射光を選択的に結合させて取り出す
光結合要素とを備えたことを特徴とする。
【００１６】この光変調素子では、導入された入射光が
全反射光学部材に照射され、全反射光学部材内に導入さ
れると、その導入された入射光の少なくとも一部が光変
調素子の構成する層の界面で全反射する一方、入射光導
入側の反対側からは入射光が実質的に出射されなくな
る。この全反射光学部材の全反射面に入射光を結合させ
て取り出す光結合要素を選択的に近接配置することによ
り、近接配置された光結合要素に全反射光が取り出され
て入射光光路前方に出射される。これにより、面状の入
射光を高効率で光変調素子に導入でき、光結合要素の近
接配置状態に応じた選択的な光変調が行える。
全反射光学部材に照射され、全反射光学部材内に導入さ
れると、その導入された入射光の少なくとも一部が光変
調素子の構成する層の界面で全反射する一方、入射光導
入側の反対側からは入射光が実質的に出射されなくな
る。この全反射光学部材の全反射面に入射光を結合させ
て取り出す光結合要素を選択的に近接配置することによ
り、近接配置された光結合要素に全反射光が取り出され
て入射光光路前方に出射される。これにより、面状の入
射光を高効率で光変調素子に導入でき、光結合要素の近
接配置状態に応じた選択的な光変調が行える。
【００１７】請求項２記載の光変調素子は、前記入射光
が、面状の光であることを特徴とする。
が、面状の光であることを特徴とする。
【００１８】この光変調素子では、光変調素子に導入す
る光を面状の光とすることで、光路の損失が抑えられ、
面状の入射光を面状のまま高効率で光変調素子に導入で
き、エネルギ効率を高めた構成にできる。
る光を面状の光とすることで、光路の損失が抑えられ、
面状の入射光を面状のまま高効率で光変調素子に導入で
き、エネルギ効率を高めた構成にできる。
【００１９】請求項３記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、前記全反射面の入射光全反射条件を変化させる
ことで入射光を取り出すことを特徴とする。
要素が、前記全反射面の入射光全反射条件を変化させる
ことで入射光を取り出すことを特徴とする。
【００２０】この光変調素子では、光結合要素が全反射
光学部材の全反射面に近接配置されることで、全反射面
における全反射条件が変化して、全反射光学部材内に導
入された入射光が光結合要素にカップリングされて取り
出される。
光学部材の全反射面に近接配置されることで、全反射面
における全反射条件が変化して、全反射光学部材内に導
入された入射光が光結合要素にカップリングされて取り
出される。
【００２１】請求項４記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、電気機械動作により前記全反射光学部材の全反
射面に近接可能に支持された可撓薄膜からなることを特
徴とする。
要素が、電気機械動作により前記全反射光学部材の全反
射面に近接可能に支持された可撓薄膜からなることを特
徴とする。
【００２２】この光変調素子では、電圧印加による静電
気力を利用する方式、電圧印加による圧電効果を利用す
る方式、電流印加による電磁気力を利用する方式等の種
々の方式により、光結合要素を全反射光学部材の全反射
面に近接させる構成とすることで、省電力で応答性に優
れた光スイッチを実現できる。
気力を利用する方式、電圧印加による圧電効果を利用す
る方式、電流印加による電磁気力を利用する方式等の種
々の方式により、光結合要素を全反射光学部材の全反射
面に近接させる構成とすることで、省電力で応答性に優
れた光スイッチを実現できる。
【００２３】請求項５記載の光変調素子は、前記電気機
械動作が、静電気力を駆動源とした動作であることを特
徴とする。
械動作が、静電気力を駆動源とした動作であることを特
徴とする。
【００２４】この光変調素子では、光結合要素を静電気
力により駆動することにより、全反射光学部材の全反射
面に対して可撓薄膜を数μｍ以下の距離に近接させる構
成にすることで、低電圧・低消費電力で高速駆動が可能
となる。
力により駆動することにより、全反射光学部材の全反射
面に対して可撓薄膜を数μｍ以下の距離に近接させる構
成にすることで、低電圧・低消費電力で高速駆動が可能
となる。
【００２５】請求項６記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、電界の印加により光学特性を変化させる液晶を
含む層からなることを特徴とする。
要素が、電界の印加により光学特性を変化させる液晶を
含む層からなることを特徴とする。
【００２６】この光変調素子では、光結合要素を電界の
印加により液晶の光学特性を変化させ、全反射条件を変
化させることにより、安価な構成で光スイッチング動作
を得ることができる。
印加により液晶の光学特性を変化させ、全反射条件を変
化させることにより、安価な構成で光スイッチング動作
を得ることができる。
【００２７】請求項７記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、前記全反射光学部材上に１次元アレイ状に配列
されていることを特徴とする。
要素が、前記全反射光学部材上に１次元アレイ状に配列
されていることを特徴とする。
【００２８】この光変調素子では、光結合要素を全反射
光学部材上に１次元アレイ状に配列して構成することに
より、１次元の同時変調可能な光変調素子を形成でき
る。
光学部材上に１次元アレイ状に配列して構成することに
より、１次元の同時変調可能な光変調素子を形成でき
る。
【００２９】請求項８記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、前記全反射光学部材上に２次元アレイ状に配列
されていることを特徴とする。
要素が、前記全反射光学部材上に２次元アレイ状に配列
されていることを特徴とする。
【００３０】この光変調素子では、光結合要素を全反射
光学部材上に２次元アレイ状に配列して構成することに
より、２次元の同時変調可能な光変調素子を形成でき、
画像表示を行うことができる。
光学部材上に２次元アレイ状に配列して構成することに
より、２次元の同時変調可能な光変調素子を形成でき、
画像表示を行うことができる。
【００３１】請求項９記載の光変調素子は、前記光結合
要素が、パッシブマトリクス駆動手段に接続されている
ことを特徴とする。
要素が、パッシブマトリクス駆動手段に接続されている
ことを特徴とする。
【００３２】この光変調素子では、特に光結合要素が静
電気力を利用したものであって、例えば、全反射光学部
材の全反射面側に設けた電極と、一部が支持された可撓
薄膜上に設けた電極との間に電圧を印加すると、可撓薄
膜が全反射光学部材の全反射面側に向かって変位する
が、このときの可撓薄膜の形状と弾性定数等の機械的物
性、可撓薄膜と全反射面との空隙距離等を適宜選択する
ことで、印加電圧に対する変位特性にヒステリシスが生
じる。このヒステリシス特性を利用して、例えば、複数
のストライプ状の電極を全反射光学部材の全反射面側に
配置して信号電極とし、これと直交する複数のストライ
プ状の電極を可撓薄膜上に並設して走査電極とし、これ
ら信号電極と走査電極に適宜電位を印加することによ
り、ＴＦＴ等のアクティブ素子を用いることなく、２次
元配列された任意の画素の透過率を高コントラストで制
御することが可能となる。即ち、所謂パッシブマトリク
ス駆動が可能となり、これにより、安価で大面積な光変
調素子を実現できる。
電気力を利用したものであって、例えば、全反射光学部
材の全反射面側に設けた電極と、一部が支持された可撓
薄膜上に設けた電極との間に電圧を印加すると、可撓薄
膜が全反射光学部材の全反射面側に向かって変位する
が、このときの可撓薄膜の形状と弾性定数等の機械的物
性、可撓薄膜と全反射面との空隙距離等を適宜選択する
ことで、印加電圧に対する変位特性にヒステリシスが生
じる。このヒステリシス特性を利用して、例えば、複数
のストライプ状の電極を全反射光学部材の全反射面側に
配置して信号電極とし、これと直交する複数のストライ
プ状の電極を可撓薄膜上に並設して走査電極とし、これ
ら信号電極と走査電極に適宜電位を印加することによ
り、ＴＦＴ等のアクティブ素子を用いることなく、２次
元配列された任意の画素の透過率を高コントラストで制
御することが可能となる。即ち、所謂パッシブマトリク
ス駆動が可能となり、これにより、安価で大面積な光変
調素子を実現できる。
【００３３】請求項１０記載の光変調素子は、前記光結
合要素が、取り出した光の光路を変化させる光路変更手
段を有することを特徴とする。
合要素が、取り出した光の光路を変化させる光路変更手
段を有することを特徴とする。
【００３４】この光変調素子では、光結合要素が取り出
した光の光路を変化させることにより、光学素子からの
出射光を特定の方向に集光させたり、拡散させたりする
ことが可能となる。
した光の光路を変化させることにより、光学素子からの
出射光を特定の方向に集光させたり、拡散させたりする
ことが可能となる。
【００３５】請求項１１記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、屈折により前記取り出した光の光路を変化
させることを特徴とする。
変更手段が、屈折により前記取り出した光の光路を変化
させることを特徴とする。
【００３６】この光変調素子では、光結合要素から取り
出した光の光路を屈折により変化させることで、光量を
維持したまま光路を変更することができる。
出した光の光路を屈折により変化させることで、光量を
維持したまま光路を変更することができる。
【００３７】請求項１２記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、レンズアレイ、プリズムアレイ、屈折率分
布レンズ体のいずれかからなることを特徴とする。
変更手段が、レンズアレイ、プリズムアレイ、屈折率分
布レンズ体のいずれかからなることを特徴とする。
【００３８】この光変調素子では、量産に適したレンズ
アレイ、プリズムアレイ、屈折率分布レンズ体による光
学要素を適宜選定することにより、コストダウンを図り
つつ良好な性能を発揮することができる。
アレイ、プリズムアレイ、屈折率分布レンズ体による光
学要素を適宜選定することにより、コストダウンを図り
つつ良好な性能を発揮することができる。
【００３９】請求項１３記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、回折により前記取り出した光の光路を変化
させることを特徴とする。
変更手段が、回折により前記取り出した光の光路を変化
させることを特徴とする。
【００４０】この光変調素子では、光結合要素から取り
出した光の光路を回折により変化させることで、光の光
路を高精度に設定できる。
出した光の光路を回折により変化させることで、光の光
路を高精度に設定できる。
【００４１】請求項１４記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、体積ホログラム、位相変調型回折格子、振
幅変調型回折格子のいずれかからなることを特徴とす
る。
変更手段が、体積ホログラム、位相変調型回折格子、振
幅変調型回折格子のいずれかからなることを特徴とす
る。
【００４２】この光変調素子では、例えばフォトポリマ
ー法や射出成形法によって大量転写生産が可能となり、
光学素子自体のコストダウンが図れる。
ー法や射出成形法によって大量転写生産が可能となり、
光学素子自体のコストダウンが図れる。
【００４３】請求項１５記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、光拡散又は光散乱により前記取り出した光
の光路を変化させることを特徴とする。
変更手段が、光拡散又は光散乱により前記取り出した光
の光路を変化させることを特徴とする。
【００４４】この光変調素子では、光拡散又は光散乱に
より光路を変化させることで、取り出した光を任意の方
向に出射させることができる。
より光路を変化させることで、取り出した光を任意の方
向に出射させることができる。
【００４５】請求項１６記載の光変調素子は、前記光路
変更手段が、多孔質体、異種屈折率分散体又は分布体、
表面に凹凸を有する光拡散体又は光散乱体のいずれかで
あることを特徴とする。
変更手段が、多孔質体、異種屈折率分散体又は分布体、
表面に凹凸を有する光拡散体又は光散乱体のいずれかで
あることを特徴とする。
【００４６】この光変調素子では、量産に適した多孔質
体、異種屈折率分散体又は分布体、光拡散体又は光散乱
体を適宜選定することにより、光学素子自体のコストダ
ウンが図れる。
体、異種屈折率分散体又は分布体、光拡散体又は光散乱
体を適宜選定することにより、光学素子自体のコストダ
ウンが図れる。
【００４７】請求項１７記載の光変調素子は、前記光結
合要素が、取り出した光の特定波長成分を吸収して出射
する特定波長成分吸収手段を有することを特徴とする。
合要素が、取り出した光の特定波長成分を吸収して出射
する特定波長成分吸収手段を有することを特徴とする。
【００４８】この光変調素子では、取り出した光の波長
成分のうち、特定波長成分を吸収して出射させることに
より、同一種の入射光であっても複数色の出射光を選択
的に得ることができる。
成分のうち、特定波長成分を吸収して出射させることに
より、同一種の入射光であっても複数色の出射光を選択
的に得ることができる。
【００４９】請求項１８記載の光変調素子は、前記光結
合要素が、取り出した光を受けて励起発光する蛍光体を
有することを特徴とする。
合要素が、取り出した光を受けて励起発光する蛍光体を
有することを特徴とする。
【００５０】この光変調素子では、取り出した光により
励起発光する蛍光体を有することで、蛍光体の発色によ
り複数色の出射光を選択的に得ることができる。
励起発光する蛍光体を有することで、蛍光体の発色によ
り複数色の出射光を選択的に得ることができる。
【００５１】請求項１９記載の光変調素子は、前記光結
合要素により取り出された出射光を受けて励起発光する
蛍光体を有することを特徴とする。
合要素により取り出された出射光を受けて励起発光する
蛍光体を有することを特徴とする。
【００５２】この光変調素子では、例えば光結合要素の
光路前方に蛍光体を配置して、光結合要素から取り出さ
れた出射光を任意の波長に変換することができる。
光路前方に蛍光体を配置して、光結合要素から取り出さ
れた出射光を任意の波長に変換することができる。
【００５３】請求項２０記載の光変調素子は、前記全反
射光学部材が、該全反射光学部材内に光路を変化させる
光学要素が配置され、前記全反射光学部材に導入された
面状の入射光の少なくとも一部が光路を変化させる光学
要素に導入され、この導入された入射光の実質的全てが
前記全反射光学部材の構成する層の界面で全反射により
反射されることを特徴とする。
射光学部材が、該全反射光学部材内に光路を変化させる
光学要素が配置され、前記全反射光学部材に導入された
面状の入射光の少なくとも一部が光路を変化させる光学
要素に導入され、この導入された入射光の実質的全てが
前記全反射光学部材の構成する層の界面で全反射により
反射されることを特徴とする。
【００５４】この光変調素子では、光変調素子内に入射
光の光路を変化させる光学要素が配置され、この光路を
変化させる光学要素へ面状に入射光を導入する。導入さ
れた面状の入射光は、光路を変化させる光学要素によっ
て入射光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化さ
せられ、その実質的全てが光変調素子の構成する層の界
面で全反射により反射される。このため、入射光の形
状、導入位置、並びに光源の種類に制限を受けることな
く、面状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入で
き、所望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることが
できる。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を
構成することができ、光変調素子からの透過光が実質的
に生じないため、光利用効率を高めることができる。
光の光路を変化させる光学要素が配置され、この光路を
変化させる光学要素へ面状に入射光を導入する。導入さ
れた面状の入射光は、光路を変化させる光学要素によっ
て入射光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化さ
せられ、その実質的全てが光変調素子の構成する層の界
面で全反射により反射される。このため、入射光の形
状、導入位置、並びに光源の種類に制限を受けることな
く、面状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入で
き、所望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることが
できる。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を
構成することができ、光変調素子からの透過光が実質的
に生じないため、光利用効率を高めることができる。
【００５５】請求項２１記載の光変調素子は、前記全反
射光学部材が、該全反射光学部材内に光路を選択する光
学要素が配置され、前記全反射光学部材に導入された面
状の入射光の少なくとも一部が光路を選択する光学要素
に導入され、この導入された入射光の実質的全てが前記
全反射光学部材の構成する層の界面で全反射により反射
されることを特徴とする。
射光学部材が、該全反射光学部材内に光路を選択する光
学要素が配置され、前記全反射光学部材に導入された面
状の入射光の少なくとも一部が光路を選択する光学要素
に導入され、この導入された入射光の実質的全てが前記
全反射光学部材の構成する層の界面で全反射により反射
されることを特徴とする。
【００５６】この光変調素子では、光変調素子内に入射
光の光路を選択する光学要素が配置され、この光路を選
択する光学要素へ面状に入射光を導入する。導入された
面状の入射光は、光路を選択する光学要素によって入射
光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、その実質的全てが光変調素子の構成する層の界面で
全反射により反射される。このため、入射光の形状、導
入位置、並びに光源の種類に制限を受けることなく、面
状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入でき、所
望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることができ
る。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を構成
することができ、光変調素子からの透過光が実質的に生
じないため、光利用効率を高めることができる。
光の光路を選択する光学要素が配置され、この光路を選
択する光学要素へ面状に入射光を導入する。導入された
面状の入射光は、光路を選択する光学要素によって入射
光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、その実質的全てが光変調素子の構成する層の界面で
全反射により反射される。このため、入射光の形状、導
入位置、並びに光源の種類に制限を受けることなく、面
状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入でき、所
望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることができ
る。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を構成
することができ、光変調素子からの透過光が実質的に生
じないため、光利用効率を高めることができる。
【００５７】請求項２２記載の光変調素子は、前記全反
射光学部材が、該全反射光学部材の厚さ方向の入射光導
入側から、光路を変化させる光学要素と、光路を選択す
る光学要素とがこの順で配置され、前記光路を変化させ
る光学要素へ面状に入射光を導入した際に、導入された
入射光の少なくとも一部が光路を選択する光学要素に導
入され、この導入された入射光の実質的全てが前記光変
調素子の構成する層の界面で全反射により反射されるこ
とを特徴とする。
射光学部材が、該全反射光学部材の厚さ方向の入射光導
入側から、光路を変化させる光学要素と、光路を選択す
る光学要素とがこの順で配置され、前記光路を変化させ
る光学要素へ面状に入射光を導入した際に、導入された
入射光の少なくとも一部が光路を選択する光学要素に導
入され、この導入された入射光の実質的全てが前記光変
調素子の構成する層の界面で全反射により反射されるこ
とを特徴とする。
【００５８】この光変調素子では、光変調素子の厚さ方
向の入射光導入側から、光路を変化させる光学要素と、
光路を選択する光学要素とがこの順で配置され、光路を
変化させる光学要素へ面状に入射光を導入する。導入さ
れた入射光は、光路を変化させる光学要素によって入射
光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、さらに光路を選択する光学要素によって特定の方向
の入射光のみを透過させる。これにより、光変調素子に
導入された光の実質的全てが光変調素子の構成する層の
界面で全反射により反射される。このため、入射光の形
状、導入位置、並びに光源の種類に制限を受けることな
く、面状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入で
き、所望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることが
できる。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を
構成することができ、光変調素子からの透過光が実質的
に生じないため、光利用効率を高めることができる。
向の入射光導入側から、光路を変化させる光学要素と、
光路を選択する光学要素とがこの順で配置され、光路を
変化させる光学要素へ面状に入射光を導入する。導入さ
れた入射光は、光路を変化させる光学要素によって入射
光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、さらに光路を選択する光学要素によって特定の方向
の入射光のみを透過させる。これにより、光変調素子に
導入された光の実質的全てが光変調素子の構成する層の
界面で全反射により反射される。このため、入射光の形
状、導入位置、並びに光源の種類に制限を受けることな
く、面状の入射光を面状のまま直接的に高効率で導入で
き、所望の界面で面状の全反射光を高効率で得ることが
できる。また、入射角依存性がなく吸収のない反射体を
構成することができ、光変調素子からの透過光が実質的
に生じないため、光利用効率を高めることができる。
【００５９】請求項２３記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素と前記光路を選択する光学要素と
が、光学的に接触していることを特徴とする。
を変化させる光学要素と前記光路を選択する光学要素と
が、光学的に接触していることを特徴とする。
【００６０】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素と、光路を選択する光学要素とが光学的に接触し
ていることにより、双方の光のカップリング性を良好に
できると共に、光路を変化させる光学要素が方向性を有
する場合に、入射光を光路を変化させる光学要素から入
射角度成分を保持させたまま光路を選択する光学要素に
導入することができる。
学要素と、光路を選択する光学要素とが光学的に接触し
ていることにより、双方の光のカップリング性を良好に
できると共に、光路を変化させる光学要素が方向性を有
する場合に、入射光を光路を変化させる光学要素から入
射角度成分を保持させたまま光路を選択する光学要素に
導入することができる。
【００６１】請求項２４記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素と前記光路を選択する光学要素と
が、屈折率が１より大きい媒質を介して光学的に接触し
ていることを特徴とする。
を変化させる光学要素と前記光路を選択する光学要素と
が、屈折率が１より大きい媒質を介して光学的に接触し
ていることを特徴とする。
【００６２】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素と、光路を選択する光学要素とが屈折率が１より
大きい媒質を介して光学的に接触することにより、この
媒質との界面で全反射を生じさせることなく、光路を変
化させる光学要素から光路を選択する光学要素へ入射光
を導入できる。
学要素と、光路を選択する光学要素とが屈折率が１より
大きい媒質を介して光学的に接触することにより、この
媒質との界面で全反射を生じさせることなく、光路を変
化させる光学要素から光路を選択する光学要素へ入射光
を導入できる。
【００６３】請求項２５記載の光変調素子は、全反射光
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を変化させる光学要素を配置したこ
とを特徴とする。
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を変化させる光学要素を配置したこ
とを特徴とする。
【００６４】この光変調素子では、入射光が透明媒質を
透過した後に光路を変化させる光学要素に導入されて、
特定の方向の入射光のみ透過される。
透過した後に光路を変化させる光学要素に導入されて、
特定の方向の入射光のみ透過される。
【００６５】請求項２６記載の光変調素子は、全反射光
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を選択する光学要素を配置したこと
を特徴とする。
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を選択する光学要素を配置したこと
を特徴とする。
【００６６】この光変調素子では、入射光が透明媒質を
透過した後に光路を選択する光学要素に導入されて、特
定の方向の入射光のみ透過される
透過した後に光路を選択する光学要素に導入されて、特
定の方向の入射光のみ透過される
【００６７】請求項２７記載の光変調素子は、全反射光
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を変化させる光学要素と前記光路を
選択する光学要素をこの順で配置したことを特徴とす
る。
学部材の一部を構成する透明媒質を備え、該透明媒質の
光路前方に前記光路を変化させる光学要素と前記光路を
選択する光学要素をこの順で配置したことを特徴とす
る。
【００６８】この光変調素子では、入射光が透明媒質を
透過した後に光路を変化させる光学要素に導入され、入
射光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、さらに、光路を選択する光学要素に導入され、特定
の方向の入射光のみ透過される。
透過した後に光路を変化させる光学要素に導入され、入
射光の光路が特定の方向或いは任意の方向に変化させら
れ、さらに、光路を選択する光学要素に導入され、特定
の方向の入射光のみ透過される。
【００６９】請求項２８記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、該光路を変化させる光学要素
の平均屈折率をｎｔ、光路前方の全反射界面の前方側媒
質の屈折率をｎｗ、光路を変化させる光学要素の媒質内
を進む光の角度をθｔとしたときに、少なくとも、ｓｉ
ｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ の条件を満たす角度θｔの光を含
んで前方に出力することを特徴とする。
を変化させる光学要素が、該光路を変化させる光学要素
の平均屈折率をｎｔ、光路前方の全反射界面の前方側媒
質の屈折率をｎｗ、光路を変化させる光学要素の媒質内
を進む光の角度をθｔとしたときに、少なくとも、ｓｉ
ｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ の条件を満たす角度θｔの光を含
んで前方に出力することを特徴とする。
【００７０】この光変調素子では、少なくとも、ｓｉｎ
θｔ＞ｎｗ／ｎｔの条件を満たす角度θｔの光が光路を
変化させる光学要素を透過して、光路を変化させつつ前
方に出力される。
θｔ＞ｎｗ／ｎｔの条件を満たす角度θｔの光が光路を
変化させる光学要素を透過して、光路を変化させつつ前
方に出力される。
【００７１】請求項２９記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、屈折により光路を変化させる
ものであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、屈折により光路を変化させる
ものであることを特徴とする。
【００７２】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素が、入射光の光路を屈折により変化させることに
より、入射光の強度を実質的に低下させることなく光変
調素子へ導入できる。
学要素が、入射光の光路を屈折により変化させることに
より、入射光の強度を実質的に低下させることなく光変
調素子へ導入できる。
【００７３】請求項３０記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、レンズアレイ、プリズムアレ
イ、異なる屈折率が分布した異種屈折率分布体のいずれ
かであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、レンズアレイ、プリズムアレ
イ、異なる屈折率が分布した異種屈折率分布体のいずれ
かであることを特徴とする。
【００７４】この光変調素子では、量産に適したレンズ
アレイ、プリズムアレイ、異種屈折率分布体による光学
要素を適宜選定することにより、コストダウンを図りつ
つ良好な性能を発揮することができる。
アレイ、プリズムアレイ、異種屈折率分布体による光学
要素を適宜選定することにより、コストダウンを図りつ
つ良好な性能を発揮することができる。
【００７５】請求項３１記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、回折により光路を変化させる
ものであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、回折により光路を変化させる
ものであることを特徴とする。
【００７６】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素が、入射光の光路を例えば透過型回折格子による
回折によって変化させることにより、高精度な入射角度
で入射光を光変調素子へ導入できる。
学要素が、入射光の光路を例えば透過型回折格子による
回折によって変化させることにより、高精度な入射角度
で入射光を光変調素子へ導入できる。
【００７７】請求項３２記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、体積ホログラム、位相変調型
回折格子、振幅変調型回折格子のいずれかであることを
特徴とする。
を変化させる光学要素が、体積ホログラム、位相変調型
回折格子、振幅変調型回折格子のいずれかであることを
特徴とする。
【００７８】この光変調素子では、例えばフォトポリマ
ー法や射出成形法によって大量転写生産が可能となり、
光変調素子自体のコストダウンが図れる。
ー法や射出成形法によって大量転写生産が可能となり、
光変調素子自体のコストダウンが図れる。
【００７９】請求項３３記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、光拡散により光路を変化させ
るものであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、光拡散により光路を変化させ
るものであることを特徴とする。
【００８０】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素が、光拡散により光路を変化させることで、入射
光を任意の方向から光変調素子へ入射させることができ
る。
学要素が、光拡散により光路を変化させることで、入射
光を任意の方向から光変調素子へ入射させることができ
る。
【００８１】請求項３４記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、多孔質体、異種屈折率分布体
又は分散体、表面に凹凸を有する拡散体又は散乱体のい
ずれかであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、多孔質体、異種屈折率分布体
又は分散体、表面に凹凸を有する拡散体又は散乱体のい
ずれかであることを特徴とする。
【００８２】この光変調素子では、量産に適した多孔質
体、異種屈折率分布体又は分散体、拡散体による光学要
素を適宜選定することにより、コストダウンを図りつつ
良好な性能を発揮することができる。
体、異種屈折率分布体又は分散体、拡散体による光学要
素を適宜選定することにより、コストダウンを図りつつ
良好な性能を発揮することができる。
【００８３】請求項３５記載の光変調素子は、前記光路
を変化させる光学要素が、光反射により光路を変化させ
るものであることを特徴とする。
を変化させる光学要素が、光反射により光路を変化させ
るものであることを特徴とする。
【００８４】この光変調素子では、光路を変化させる光
学要素が、光反射によって光路を変化させることで、入
射光を任意の方向から光変調素子へ入射させることがで
きる。
学要素が、光反射によって光路を変化させることで、入
射光を任意の方向から光変調素子へ入射させることがで
きる。
【００８５】請求項３６記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素が、該光学要素から出射される透過
光の実質的全てが、前記光路を選択する光学要素より入
射光光路前方の層の界面又は前記光路を選択する光学要
素の入射光光路前方の界面における全反射臨界角より大
きい角度成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択
的に反射されて透過されない性質を有することを特徴と
する。
を選択する光学要素が、該光学要素から出射される透過
光の実質的全てが、前記光路を選択する光学要素より入
射光光路前方の層の界面又は前記光路を選択する光学要
素の入射光光路前方の界面における全反射臨界角より大
きい角度成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択
的に反射されて透過されない性質を有することを特徴と
する。
【００８６】この光変調素子では、光路を選択する光学
要素は、この光学要素から出射される透過光の実質的全
てが、光路を選択する光学要素より入射光光路前方の層
の界面又は光路を選択する光学要素の入射光光路前方の
界面における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、
その他の角度成分の入射光は、光路を選択する光学要素
により選択的に反射される。従って、光路を選択する光
学要素からは、入射光光路前方の界面において全反射す
る入射角成分の入射光だけが選択的に透過して、全反射
されない入射角成分の入射光は透過されないことにな
る。
要素は、この光学要素から出射される透過光の実質的全
てが、光路を選択する光学要素より入射光光路前方の層
の界面又は光路を選択する光学要素の入射光光路前方の
界面における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、
その他の角度成分の入射光は、光路を選択する光学要素
により選択的に反射される。従って、光路を選択する光
学要素からは、入射光光路前方の界面において全反射す
る入射角成分の入射光だけが選択的に透過して、全反射
されない入射角成分の入射光は透過されないことにな
る。
【００８７】請求項３７記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素が、該光路を選択する光学要素の平
均屈折率をｎｓ、光路前方の全反射界面の前方側媒質の
屈折率をｎｗ、光路を選択する光学要素の媒質内を進む
光の角度をθｓとしたときに、ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／ｎｓ
の条件を満たす角度θｓの光を実質的全て透過させるこ
とを特徴とする。
を選択する光学要素が、該光路を選択する光学要素の平
均屈折率をｎｓ、光路前方の全反射界面の前方側媒質の
屈折率をｎｗ、光路を選択する光学要素の媒質内を進む
光の角度をθｓとしたときに、ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／ｎｓ
の条件を満たす角度θｓの光を実質的全て透過させるこ
とを特徴とする。
【００８８】この光変調素子では、ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／
ｎｓの条件を満たす角度θｓの光が光路を選択する光学
要素を実質的全て透過して、他の光は反射されることに
より、特定の光成分のみ選択的に透過される。
ｎｓの条件を満たす角度θｓの光が光路を選択する光学
要素を実質的全て透過して、他の光は反射されることに
より、特定の光成分のみ選択的に透過される。
【００８９】請求項３８記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素が、入射光の波長域に対して選択的
に反射する機能を有し、前記光路を選択する光学要素へ
の入射光の入射角が該光学要素の面に対して浅い角度と
なるに従って、選択的に反射される入射光の波長が短波
長側にシフトすることを特徴とする。
を選択する光学要素が、入射光の波長域に対して選択的
に反射する機能を有し、前記光路を選択する光学要素へ
の入射光の入射角が該光学要素の面に対して浅い角度と
なるに従って、選択的に反射される入射光の波長が短波
長側にシフトすることを特徴とする。
【００９０】この光変調素子では、光路を選択する光学
要素が、入射光の波長域に対して選択的に反射する機能
を有し、この光学要素への入射光の入射角が該光学要素
の面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射さ
れる入射光の波長が短波長側にシフトする。この性質を
利用して、所定の入射角成分の入射光だけが透過するよ
うに光路を選択する光学要素を設計し、全反射の生じる
入射角度成分の入射光だけを選択的に抽出することを可
能にできる。
要素が、入射光の波長域に対して選択的に反射する機能
を有し、この光学要素への入射光の入射角が該光学要素
の面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射さ
れる入射光の波長が短波長側にシフトする。この性質を
利用して、所定の入射角成分の入射光だけが透過するよ
うに光路を選択する光学要素を設計し、全反射の生じる
入射角度成分の入射光だけを選択的に抽出することを可
能にできる。
【００９１】請求項３９記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素への入射光の入射角が、入射光光路
前方の全反射界面への入射角を全反射臨界角以下にする
ときに、前記光路を選択する光学要素が前記入射光の実
質的全てを選択的に反射することを特徴とする。
を選択する光学要素への入射光の入射角が、入射光光路
前方の全反射界面への入射角を全反射臨界角以下にする
ときに、前記光路を選択する光学要素が前記入射光の実
質的全てを選択的に反射することを特徴とする。
【００９２】この光変調素子では、光路を選択する光学
要素への入射光の入射角が、この入射角と各層の屈折条
件により変化する入射光光路前方の全反射界面への入射
角をこの全反射界面における全反射臨界角以下にすると
きに、光路を選択する光学要素が入射光の実質的全てを
選択的に反射する。これにより、全反射界面において全
反射されない角度成分の入射光が選択的に反射されて光
路前方に透過されなくなる。
要素への入射光の入射角が、この入射角と各層の屈折条
件により変化する入射光光路前方の全反射界面への入射
角をこの全反射界面における全反射臨界角以下にすると
きに、光路を選択する光学要素が入射光の実質的全てを
選択的に反射する。これにより、全反射界面において全
反射されない角度成分の入射光が選択的に反射されて光
路前方に透過されなくなる。
【００９３】請求項４０記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素が、誘電体多層膜を含む光干渉フィ
ルタであることを特徴とする。
を選択する光学要素が、誘電体多層膜を含む光干渉フィ
ルタであることを特徴とする。
【００９４】この光変調素子では、誘電体多層膜を含む
光干渉フィルタを用いることにより、大面積かつ簡単な
構成で任意の波長選択反射膜が形成でき、その反射波長
の入射角依存性を利用して容易に光路を選択する光学要
素を形成することができる。
光干渉フィルタを用いることにより、大面積かつ簡単な
構成で任意の波長選択反射膜が形成でき、その反射波長
の入射角依存性を利用して容易に光路を選択する光学要
素を形成することができる。
【００９５】請求項４１記載の光変調素子は、前記光路
を選択する光学要素が、コレステリック液晶、体積ホロ
グラムを含むブラッグ反射フィルタであることを特徴と
する。
を選択する光学要素が、コレステリック液晶、体積ホロ
グラムを含むブラッグ反射フィルタであることを特徴と
する。
【００９６】この光変調素子では、コレステリック液
晶、体積ホログラムを含むブラッグ反射フィルタを用い
ることにより、低コストで光路を選択する光学要素を形
成できる。
晶、体積ホログラムを含むブラッグ反射フィルタを用い
ることにより、低コストで光路を選択する光学要素を形
成できる。
【００９７】請求項４２記載の光変調素子は、前記全反
射光学部材が、前記光変調素子内に入射光を導入する光
学要素を有し、該入射光を導入する光学要素へ面状に入
射光を導入した際に、導入された入射光の実質的全てが
前記光変調素子の構成する層の界面で全反射により反射
されることを特徴とする。
射光学部材が、前記光変調素子内に入射光を導入する光
学要素を有し、該入射光を導入する光学要素へ面状に入
射光を導入した際に、導入された入射光の実質的全てが
前記光変調素子の構成する層の界面で全反射により反射
されることを特徴とする。
【００９８】この光変調素子では、入射光を導入する光
学要素へ面状に入射光を導入することにより、光変調素
子の構成する層の界面で全反射される入射光が全反射光
学部材に導入される。導入された入射光の実質的全ては
光変調素子の構成する層の界面で全反射により反射され
る。これにより、光変調素子の端面から全反射臨界角よ
り大きい角度で入射光を導入することなく面状の入射光
を簡単な構成で面状のまま直接的に高効率で光変調素子
に導入でき、高出力化を図ることができる。また、導入
された入射光の実質的全てが反射損失のない全反射によ
り反射されるため、光変調素子を高効率の反射体として
機能させることができる。
学要素へ面状に入射光を導入することにより、光変調素
子の構成する層の界面で全反射される入射光が全反射光
学部材に導入される。導入された入射光の実質的全ては
光変調素子の構成する層の界面で全反射により反射され
る。これにより、光変調素子の端面から全反射臨界角よ
り大きい角度で入射光を導入することなく面状の入射光
を簡単な構成で面状のまま直接的に高効率で光変調素子
に導入でき、高出力化を図ることができる。また、導入
された入射光の実質的全てが反射損失のない全反射によ
り反射されるため、光変調素子を高効率の反射体として
機能させることができる。
【００９９】請求項４３記載の光変調素子は、前記入射
光を導入する光学要素が、面状に配列されたプリズムア
レイであることを特徴とする。
光を導入する光学要素が、面状に配列されたプリズムア
レイであることを特徴とする。
【０１００】この光変調素子では、所定方向からの面状
の入射光を、プリズムアレイによって光変調素子内で全
反射が生じる角度に変換することにより、光変調素子へ
全反射される入射光を導入することができる。
の入射光を、プリズムアレイによって光変調素子内で全
反射が生じる角度に変換することにより、光変調素子へ
全反射される入射光を導入することができる。
【０１０１】請求項４４記載の光変調素子は、前記全反
射された入射光の実質的全てが前記全反射光学部材の入
射光導入側に戻ることを特徴とする。
射された入射光の実質的全てが前記全反射光学部材の入
射光導入側に戻ることを特徴とする。
【０１０２】この光変調素子では、全反射された入射光
の実質的全てが光変調素子の入射光導入側に戻ることに
より、全反射面を有する媒質内において、導光、蓄積、
閉じ込め等が行われることが実質的にない。
の実質的全てが光変調素子の入射光導入側に戻ることに
より、全反射面を有する媒質内において、導光、蓄積、
閉じ込め等が行われることが実質的にない。
【０１０３】請求項４５記載の光変調素子は、前記全反
射光学部材を構成する層が、前記入射光の波長域に対し
て吸収が実質的にないことを特徴とする。
射光学部材を構成する層が、前記入射光の波長域に対し
て吸収が実質的にないことを特徴とする。
【０１０４】この光変調素子では、全反射光学部材を構
成する層が入射光の波長域に対して実質的に吸収されな
いため、入射光及び全反射された入射光の損失を抑えて
高効率化を図ることができる。
成する層が入射光の波長域に対して実質的に吸収されな
いため、入射光及び全反射された入射光の損失を抑えて
高効率化を図ることができる。
【０１０５】請求項４６記載の表示素子は、請求項１〜
請求項４５のいずれか１項記載の光変調素子と、該光変
調素子に入射光を導入する平面光源とを備えたことを特
徴とする。
請求項４５のいずれか１項記載の光変調素子と、該光変
調素子に入射光を導入する平面光源とを備えたことを特
徴とする。
【０１０６】この表示素子では、請求項１〜請求項４５
のいずれか１項記載の光変調素子に平面光源からの入射
光を導入することにより、全反射光学部材に導入された
光を光結合要素により光変調して光路前方へ選択的に出
射することができる。
のいずれか１項記載の光変調素子に平面光源からの入射
光を導入することにより、全反射光学部材に導入された
光を光結合要素により光変調して光路前方へ選択的に出
射することができる。
【０１０７】請求項４７記載の表示素子は、前記入射光
が、特定の入射角範囲に収められたコリメート光である
ことを特徴とする。
が、特定の入射角範囲に収められたコリメート光である
ことを特徴とする。
【０１０８】この表示素子では、入射光が特定の入射角
範囲に収められたコリメート光であることにより、特定
の入射角度成分の入射光を光変調素子に供給でき、光利
用効率を向上できる。
範囲に収められたコリメート光であることにより、特定
の入射角度成分の入射光を光変調素子に供給でき、光利
用効率を向上できる。
【０１０９】請求項４８記載の表示素子は、前記入射光
が、複数の入射角を有するコリメート光であることを特
徴とする。
が、複数の入射角を有するコリメート光であることを特
徴とする。
【０１１０】この表示素子では、入射光が複数の入射角
を有するコリメート光であることにより、複数の入射角
成分の入射光を光変調素子へ一度に供給できる。
を有するコリメート光であることにより、複数の入射角
成分の入射光を光変調素子へ一度に供給できる。
【０１１１】請求項４９記載の表示素子は、前記入射光
が、任意の入射角を有する拡散光であることを特徴とす
る。
が、任意の入射角を有する拡散光であることを特徴とす
る。
【０１１２】この平面素子では、入射光が任意の入射角
を有する拡散光であることにより、種々の方向からの入
射光を光変調素子に導入でき、入射光の均一性を向上で
きる。
を有する拡散光であることにより、種々の方向からの入
射光を光変調素子に導入でき、入射光の均一性を向上で
きる。
【０１１３】請求項５０記載の表示素子は、前記光結合
要素又はその光路前方に蛍光体を有し、前記全反射光学
部材の全反射面と前記光結合要素との間に、前記蛍光体
の発光波長成分を反射すると共に前記入射光の波長成分
を透過させる光学フィルタが介装されていることを特徴
とする。
要素又はその光路前方に蛍光体を有し、前記全反射光学
部材の全反射面と前記光結合要素との間に、前記蛍光体
の発光波長成分を反射すると共に前記入射光の波長成分
を透過させる光学フィルタが介装されていることを特徴
とする。
【０１１４】この表示素子では、入射光が光学フィルタ
を透過して蛍光体に照射することにより蛍光体が発光す
る。この蛍光体の発光した光のうち、光路後方に向けて
発した光が光学フィルタによって光路前方に反射されて
出射される。これにより、光利用効率が向上し、より高
輝度の表示が可能となる。
を透過して蛍光体に照射することにより蛍光体が発光す
る。この蛍光体の発光した光のうち、光路後方に向けて
発した光が光学フィルタによって光路前方に反射されて
出射される。これにより、光利用効率が向上し、より高
輝度の表示が可能となる。
【０１１５】請求項５１記載の表示素子は、前記光結合
要素又はその光路前方に前記蛍光体を有し、前記蛍光体
の光路前方に前記蛍光体の発光波長成分を透過すると共
に、前記入射光の波長成分を遮光させる光学フィルタが
設けられていることを特徴とする。
要素又はその光路前方に前記蛍光体を有し、前記蛍光体
の光路前方に前記蛍光体の発光波長成分を透過すると共
に、前記入射光の波長成分を遮光させる光学フィルタが
設けられていることを特徴とする。
【０１１６】この表示素子では、例えば入射光としてＵ
Ｖ光を用いた場合に、その透過光（漏れ光）が表示側
（観測者側）へ出射されることを防止できる。
Ｖ光を用いた場合に、その透過光（漏れ光）が表示側
（観測者側）へ出射されることを防止できる。
【０１１７】請求項５２記載の表示素子は、前記光結合
要素又はその光路前方に前記蛍光体を有し、前記蛍光体
の光路前方に発光波長域の光を吸収する光学フィルタが
設けられていることを特徴とする。
要素又はその光路前方に前記蛍光体を有し、前記蛍光体
の光路前方に発光波長域の光を吸収する光学フィルタが
設けられていることを特徴とする。
【０１１８】この表示素子では、例えば蛍光体の発光波
長が可視光域の場合、可視光を吸収するＮＤフィルタ
（透過率２０〜７０％程度）を表示側（観測者側）に設
けることにより、明るい場所であっても高いコントラス
トで表示が行える。
長が可視光域の場合、可視光を吸収するＮＤフィルタ
（透過率２０〜７０％程度）を表示側（観測者側）に設
けることにより、明るい場所であっても高いコントラス
トで表示が行える。
【０１１９】請求項５３記載の表示素子は、前記光学フ
ィルタが、誘電体多層膜を含む光干渉フィルタであるこ
とを特徴とする。
ィルタが、誘電体多層膜を含む光干渉フィルタであるこ
とを特徴とする。
【０１２０】この表示素子では、誘電体多層膜を含む光
干渉フィルタを用いることにより、大面積かつ簡単な構
成で任意の波長選択反射膜が形成でき、その反射波長の
入射角依存性を利用して容易に光学フィルタを形成する
ことができる。
干渉フィルタを用いることにより、大面積かつ簡単な構
成で任意の波長選択反射膜が形成でき、その反射波長の
入射角依存性を利用して容易に光学フィルタを形成する
ことができる。
【０１２１】請求項５４記載の表示素子は、前記光学フ
ィルタが、コレステリック膜を含むブラッグ反射フィル
タであることを特徴とする。
ィルタが、コレステリック膜を含むブラッグ反射フィル
タであることを特徴とする。
【０１２２】この表示素子では、コレステリック液晶を
含むブラッグ反射フィルタを用いることにより、低コス
トで光学フィルタを形成できる。
含むブラッグ反射フィルタを用いることにより、低コス
トで光学フィルタを形成できる。
【０１２３】請求項５５記載の表示素子は、前記入射光
の主な波長が、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特
徴とする。
の主な波長が、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特
徴とする。
【０１２４】この表示素子では、入射光の主な波長を３
５０ｎｍ〜４００ｎｍとすることにより、蛍光体の発光
輝度を高めることができ、より高輝度の画像表示が可能
となる。
５０ｎｍ〜４００ｎｍとすることにより、蛍光体の発光
輝度を高めることができ、より高輝度の画像表示が可能
となる。
【０１２５】請求項５６記載の表示素子は、前記入射光
の主な波長が、４００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特
徴とする。
の主な波長が、４００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特
徴とする。
【０１２６】この表示素子では、入射光の主な波長を４
００ｎｍ〜５００ｎｍとすることにより、ＵＶ光に耐性
のない有機材料等を用いて表示素子を構成することがで
きる。
００ｎｍ〜５００ｎｍとすることにより、ＵＶ光に耐性
のない有機材料等を用いて表示素子を構成することがで
きる。
【０１２７】請求項５７記載の表示素子は、前記蛍光体
が、可視光を発光することを特徴とする。
が、可視光を発光することを特徴とする。
【０１２８】この表示素子では、蛍光体が可視光を発光
することにより、ＵＶ光の光源から可視光の表示を行う
ことができる。
することにより、ＵＶ光の光源から可視光の表示を行う
ことができる。
【０１２９】請求項５８記載の表示素子は、前記蛍光体
が、赤色、緑色、青色に発光する発光体を形成したもの
であることを特徴とする。
が、赤色、緑色、青色に発光する発光体を形成したもの
であることを特徴とする。
【０１３０】この表示素子では、形成された赤色、緑
色、青色の蛍光体が発光することにより、フルカラー画
像を表示させることができる。
色、青色の蛍光体が発光することにより、フルカラー画
像を表示させることができる。
【０１３１】請求項５９記載の表示素子は、前記平面光
源が前記全反射光学部材の内部に備わる光源であって、
前記入射光が前記光源から出射される光であることを特
徴とする。
源が前記全反射光学部材の内部に備わる光源であって、
前記入射光が前記光源から出射される光であることを特
徴とする。
【０１３２】この表示素子では、光源を全反射光学部材
の内部に備えることにより、光源から出射された光が光
変調素子内部に直接的に導入され、入射光導入の際の損
失が大幅に低減される。
の内部に備えることにより、光源から出射された光が光
変調素子内部に直接的に導入され、入射光導入の際の損
失が大幅に低減される。
【０１３３】請求項６０記載の表示素子は、前記入射光
が、前記全反射光学部材の外部から入射されることを特
徴とする。
が、前記全反射光学部材の外部から入射されることを特
徴とする。
【０１３４】この表示素子では、全反射光学部材の外部
から入射光を導入することにより、表示素子の設計自由
度が向上し、大型の光源であっても利用することがで
き、高出力化が容易に行える。
から入射光を導入することにより、表示素子の設計自由
度が向上し、大型の光源であっても利用することがで
き、高出力化が容易に行える。
【０１３５】請求項６１記載の表示素子は、前記表示素
子の入射光導入側に対峙して設けられ、前記表示素子に
導入した後に該表示素子により反射された入射光を表示
素子側へ再投入する反射体を備えたことを特徴とする。
子の入射光導入側に対峙して設けられ、前記表示素子に
導入した後に該表示素子により反射された入射光を表示
素子側へ再投入する反射体を備えたことを特徴とする。
【０１３６】この表示素子では、表示素子の入射光導入
側に対峙して反射体を設けることにより、表示素子に一
旦入射され該表示素子により反射された入射光が反射体
に照射され、さらにこの反射体からの反射光が表示素子
側へ再投入されるため、光のリサイクルが行われ、光利
用効率が向上して高効率化が図られる。
側に対峙して反射体を設けることにより、表示素子に一
旦入射され該表示素子により反射された入射光が反射体
に照射され、さらにこの反射体からの反射光が表示素子
側へ再投入されるため、光のリサイクルが行われ、光利
用効率が向上して高効率化が図られる。
【０１３７】請求項６２記載の露光素子は、請求項４６
〜請求項６１のいずれか１項記載の表示素子を用い、露
光データに基づき光変調して露光対象に向けて選択的に
光を出射することを特徴とする。
〜請求項６１のいずれか１項記載の表示素子を用い、露
光データに基づき光変調して露光対象に向けて選択的に
光を出射することを特徴とする。
【０１３８】この露光素子では、請求項４６〜請求項６
１のいずれか１項記載の表示素子を用い、予め設定され
た露光データに基づき光変調することで、露光対象に向
けて選択的に光が出射され、露光対象に露光処理を施す
ことができる。
１のいずれか１項記載の表示素子を用い、予め設定され
た露光データに基づき光変調することで、露光対象に向
けて選択的に光が出射され、露光対象に露光処理を施す
ことができる。
【０１３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光変調素子及
び表示素子の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に
説明する。図１に本発明に係る光変調素子の搭載された
表示素子の概念的な構成を示した。本実施形態の表示素
子１００は、平面形状の全反射光学部材２と、この全反
射光学部材２へ面状の光を導入する平面光源４と、全反
射光学部材２の入射光導入側とは反対側の面に近接可能
に配置され可撓薄膜からなる光結合要素６を有してな
る。全反射光学部材２と光結合要素６とは光変調素子を
構成している。この全反射光学部材２は、面状の入射光
を導入したときに、この導入した入射光が全反射光学部
材２の光路前方の面（全反射面２２）で全反射により反
射されるように形成されている。そして、全反射光学部
材２の光結合要素６が近接配置された領域では、全反射
面２２における入射光の全反射条件が崩れ、光結合要素
６に入射光が結合して取り出されて光路前方に出射され
る。一方、全反射光学部材２の全反射面２２で光結合要
素６が近接していない領域では、入射光が全反射され、
実質的にこの全反射光学部材２を透過して光路前方に出
射することはない。
び表示素子の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に
説明する。図１に本発明に係る光変調素子の搭載された
表示素子の概念的な構成を示した。本実施形態の表示素
子１００は、平面形状の全反射光学部材２と、この全反
射光学部材２へ面状の光を導入する平面光源４と、全反
射光学部材２の入射光導入側とは反対側の面に近接可能
に配置され可撓薄膜からなる光結合要素６を有してな
る。全反射光学部材２と光結合要素６とは光変調素子を
構成している。この全反射光学部材２は、面状の入射光
を導入したときに、この導入した入射光が全反射光学部
材２の光路前方の面（全反射面２２）で全反射により反
射されるように形成されている。そして、全反射光学部
材２の光結合要素６が近接配置された領域では、全反射
面２２における入射光の全反射条件が崩れ、光結合要素
６に入射光が結合して取り出されて光路前方に出射され
る。一方、全反射光学部材２の全反射面２２で光結合要
素６が近接していない領域では、入射光が全反射され、
実質的にこの全反射光学部材２を透過して光路前方に出
射することはない。
【０１４０】上記光結合要素６は、全反射光学部材２の
全反射面２２に接触する位置に移動可能に設けられる
が、全反射面２２に完全に接触させなくても十分に近接
させるだけでもよい。この場合の近接距離はλ／１０
（λは波長）程度以下とすることで、接触時と同様な近
接場光結合を生じさせることができる。従って、上記表
示素子１００によれば、平面光源４から面状の光を全反
射光学部材２に導入し、光結合要素６を全反射光学部材
２の全反射面２２に選択的に近接させることで、この近
接させた光結合要素６から光を光路前方に出射させ、所
望の表示を行うことができる。
全反射面２２に接触する位置に移動可能に設けられる
が、全反射面２２に完全に接触させなくても十分に近接
させるだけでもよい。この場合の近接距離はλ／１０
（λは波長）程度以下とすることで、接触時と同様な近
接場光結合を生じさせることができる。従って、上記表
示素子１００によれば、平面光源４から面状の光を全反
射光学部材２に導入し、光結合要素６を全反射光学部材
２の全反射面２２に選択的に近接させることで、この近
接させた光結合要素６から光を光路前方に出射させ、所
望の表示を行うことができる。
【０１４１】以下に上記表示素子１００の各構成要素に
ついて詳細に説明する。まず、全反射光学部材２を説明
する。図２に全反射光学部材２の具体的な一構成例を示
した。図２に示すように全反射光学部材２は、入射光の
導入側から光路を変化させる光学要素１０、光路を選択
する光学要素１２、透明媒質１４の順で積層された多層
構造体となっている。この全反射光学部材２の透明媒質
１４の光路前方には透明媒質１６（本実施形態では空
気）が存在し、透明媒質１４の屈折率ｎ１（第１の屈折
率）と透明媒質１６の屈折率ｎ２（第２の屈折率）との
関係は、透明媒質１４と透明媒質１６との界面となる全
反射面２２における全反射条件を満足するように設定さ
れている。例えば透明媒質１４がガラス基板の場合は屈
折率ｎ１＝１．５で、透明媒質１６が空気の場合は屈折
率ｎ２＝１．０となる。なお、全反射光学部材２を構成
する各層は、入射光の波長域に対して実質的に吸収され
ることがなく、入射光及び全反射面２２で全反射された
入射光の損失を抑止して高効率な光学部材を構成してい
る。
ついて詳細に説明する。まず、全反射光学部材２を説明
する。図２に全反射光学部材２の具体的な一構成例を示
した。図２に示すように全反射光学部材２は、入射光の
導入側から光路を変化させる光学要素１０、光路を選択
する光学要素１２、透明媒質１４の順で積層された多層
構造体となっている。この全反射光学部材２の透明媒質
１４の光路前方には透明媒質１６（本実施形態では空
気）が存在し、透明媒質１４の屈折率ｎ１（第１の屈折
率）と透明媒質１６の屈折率ｎ２（第２の屈折率）との
関係は、透明媒質１４と透明媒質１６との界面となる全
反射面２２における全反射条件を満足するように設定さ
れている。例えば透明媒質１４がガラス基板の場合は屈
折率ｎ１＝１．５で、透明媒質１６が空気の場合は屈折
率ｎ２＝１．０となる。なお、全反射光学部材２を構成
する各層は、入射光の波長域に対して実質的に吸収され
ることがなく、入射光及び全反射面２２で全反射された
入射光の損失を抑止して高効率な光学部材を構成してい
る。
【０１４２】光路を変化させる光学要素１０は、屈折、
回折、光拡散、光反射等を利用して光路を変化させる光
学要素であり、一例として次の種類の光学要素を使用で
きる。屈折を利用する場合は、レンズアレイ、プリズム
アレイ、屈折率分散体等が用いられ、入射光の強度が実
質的に低下しない。回折を利用する場合は、図３に示す
透過型の回折格子が用いられ、体積ホログラム（図３
（ａ）参照）、レリーフ型回折格子（図３（ｂ）参照）
や屈折率変調型回折格子（図３（ｃ）参照）等の位相変
調型回折格子、振幅変調型回折格子等が用いられ、高精
度に入射光光路の角度を設定できる。各光学要素は、例
えばフォトポリマー法や射出成形法によって大量転写生
産が可能である。
回折、光拡散、光反射等を利用して光路を変化させる光
学要素であり、一例として次の種類の光学要素を使用で
きる。屈折を利用する場合は、レンズアレイ、プリズム
アレイ、屈折率分散体等が用いられ、入射光の強度が実
質的に低下しない。回折を利用する場合は、図３に示す
透過型の回折格子が用いられ、体積ホログラム（図３
（ａ）参照）、レリーフ型回折格子（図３（ｂ）参照）
や屈折率変調型回折格子（図３（ｃ）参照）等の位相変
調型回折格子、振幅変調型回折格子等が用いられ、高精
度に入射光光路の角度を設定できる。各光学要素は、例
えばフォトポリマー法や射出成形法によって大量転写生
産が可能である。
【０１４３】また、光拡散を利用する場合は、図４に示
す光拡散板が用いられ、多孔質体（図４（ａ）参照）、
異なる屈折率を有する物質２０が分布・分散した異種屈
折率分布体・分散体（図４（ｂ）参照）、表面が凹凸に
形成された光拡散体又は散乱体（図４（ｃ）参照）等が
用いられる。さらに、光反射を利用する場合は、任意の
方向に反射する微小反射体の分散体等が用いられる。い
ずれの光学要素も量産に適しており、容易にコストダウ
ンが可能である。
す光拡散板が用いられ、多孔質体（図４（ａ）参照）、
異なる屈折率を有する物質２０が分布・分散した異種屈
折率分布体・分散体（図４（ｂ）参照）、表面が凹凸に
形成された光拡散体又は散乱体（図４（ｃ）参照）等が
用いられる。さらに、光反射を利用する場合は、任意の
方向に反射する微小反射体の分散体等が用いられる。い
ずれの光学要素も量産に適しており、容易にコストダウ
ンが可能である。
【０１４４】光路を選択する光学要素１２は、この光学
要素１２から出射される選択透過光の実質的全てが、入
射光光路前方の層における全反射臨界角より大きい角度
成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択的に反射
されて透過されないものである。即ち、透明媒質１４と
透明媒質１６との界面で全反射を生じさせる条件である
全反射臨界角θCより大きい角度成分の入射光だけが光
路を選択する光学要素１２を透過し、他の角度成分の入
射光に対しては遮光される。なお、全反射臨界角θCは
（１）式により求められる。 θC＝sin-1（ｎ２／ｎ１） （１）
要素１２から出射される選択透過光の実質的全てが、入
射光光路前方の層における全反射臨界角より大きい角度
成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択的に反射
されて透過されないものである。即ち、透明媒質１４と
透明媒質１６との界面で全反射を生じさせる条件である
全反射臨界角θCより大きい角度成分の入射光だけが光
路を選択する光学要素１２を透過し、他の角度成分の入
射光に対しては遮光される。なお、全反射臨界角θCは
（１）式により求められる。 θC＝sin-1（ｎ２／ｎ１） （１）
【０１４５】具体的な光路を選択する光学要素１２の一
構成例としては、誘電体多層膜からなる光干渉フィルタ
が挙げられる。この光干渉フィルタの層構成を図５に示
した。光干渉フィルタは、高屈折率材料と低屈折率材料
を順次積層して構成された誘電体多層膜であって、その
光学特性としては、詳細は後述するが、入射光をその波
長によって選択的に反射する機能を有し、入射角に応じ
て選択反射する波長が短波長側にシフトする特性を有す
る。いま、入射光の波長域をλiS〜λiL（λiS＜λiL）
としたとき、光学要素１２から出射される選択透過光の
出射角が全反射臨界角θC以下の角度成分の光に対して
は、波長域λiS〜λiLの入射光の実質的全てを選択的に
反射する。この構成によれば、大面積かつ簡単な構成で
任意の波長選択が可能な反射膜が形成でき、その反射波
長の入射角依存性を利用して容易に光路を選択する光学
要素１２を形成することができる。なお、上記光干渉フ
ィルタは、誘電体多層膜の層構成に金属膜を追加した金
属／誘電体多層膜としてもよい。なお、誘電体多層膜等
からなる光干渉フィルタは、ＥＢ蒸着（電子ビーム共蒸
着）、スパッタ等で透明支持基板上に複数の薄膜材料を
成膜することで形成可能である。また、前記薄膜材料
は、異なる屈折率を有する有機多層膜、又は無機物を含
有する有機多層膜でもよく、この場合は塗布、ラミネー
ト等により、より低コストで形成可能である。
構成例としては、誘電体多層膜からなる光干渉フィルタ
が挙げられる。この光干渉フィルタの層構成を図５に示
した。光干渉フィルタは、高屈折率材料と低屈折率材料
を順次積層して構成された誘電体多層膜であって、その
光学特性としては、詳細は後述するが、入射光をその波
長によって選択的に反射する機能を有し、入射角に応じ
て選択反射する波長が短波長側にシフトする特性を有す
る。いま、入射光の波長域をλiS〜λiL（λiS＜λiL）
としたとき、光学要素１２から出射される選択透過光の
出射角が全反射臨界角θC以下の角度成分の光に対して
は、波長域λiS〜λiLの入射光の実質的全てを選択的に
反射する。この構成によれば、大面積かつ簡単な構成で
任意の波長選択が可能な反射膜が形成でき、その反射波
長の入射角依存性を利用して容易に光路を選択する光学
要素１２を形成することができる。なお、上記光干渉フ
ィルタは、誘電体多層膜の層構成に金属膜を追加した金
属／誘電体多層膜としてもよい。なお、誘電体多層膜等
からなる光干渉フィルタは、ＥＢ蒸着（電子ビーム共蒸
着）、スパッタ等で透明支持基板上に複数の薄膜材料を
成膜することで形成可能である。また、前記薄膜材料
は、異なる屈折率を有する有機多層膜、又は無機物を含
有する有機多層膜でもよく、この場合は塗布、ラミネー
ト等により、より低コストで形成可能である。
【０１４６】ここで、光路を変化させる光学要素１０と
光路を選択する光学要素１２の光学的性質について詳述
する。まず、光路を変化させる光学要素１０が、例えば
屈折により光路を変化させる場合を考える。図６に示す
ように、光路を変化させる光学要素（平均屈折率ｎ
ｔ）、光路を選択する光学要素（平均屈折率ｎｓ）、透
明媒質ｕ（平均屈折率ｎｕ）、透明媒質ｖ（平均屈折率
ｎｖ）、全反射面の前方側の透明媒質ｗ（平均屈折率ｎ
ｗ）がこの順で配置された光学素子の場合、透明媒質ｖ
と透明媒質ｗとの界面が全反射面とすると、各々の界面
での入射角と各媒質の平均屈折率の関係は（２）式のよ
うに表せる。
光路を選択する光学要素１２の光学的性質について詳述
する。まず、光路を変化させる光学要素１０が、例えば
屈折により光路を変化させる場合を考える。図６に示す
ように、光路を変化させる光学要素（平均屈折率ｎ
ｔ）、光路を選択する光学要素（平均屈折率ｎｓ）、透
明媒質ｕ（平均屈折率ｎｕ）、透明媒質ｖ（平均屈折率
ｎｖ）、全反射面の前方側の透明媒質ｗ（平均屈折率ｎ
ｗ）がこの順で配置された光学素子の場合、透明媒質ｖ
と透明媒質ｗとの界面が全反射面とすると、各々の界面
での入射角と各媒質の平均屈折率の関係は（２）式のよ
うに表せる。
【０１４７】
ｎｖ・ｓｉｎθｖ＝ｎｗ
ｎｕ・ｓｉｎθｕ＝ｎｖ・ｓｉｎθｖ＝ｎｗ
ｎｓ・ｓｉｎθｓ＝ｎｕ・ｓｉｎθｕ＝ｎｗ
ｎｔ・ｓｉｎθｔ＝ｎｓ・ｓｉｎθｓ＝ｎｗ （２）
ここで、θｔ、θｓ、θｕ、θｖは、それぞれの媒質内
での光路角度である。
での光路角度である。
【０１４８】従って、光路を変化させる光学要素１０の
条件としては、 ｓｉｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ の条件を満たす角度θｔの光を少なくとも含んで光路前
方に出力する必要がある。好ましくは、この条件を満た
す角度θｔの光をできる限り多く含んで光路前方に出力
する。なお、透明媒質ｗが空気の場合はｎｗ＝１とな
り、上記条件は、 ｓｉｎθｔ＞１／ｎｔ となる。
条件としては、 ｓｉｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ の条件を満たす角度θｔの光を少なくとも含んで光路前
方に出力する必要がある。好ましくは、この条件を満た
す角度θｔの光をできる限り多く含んで光路前方に出力
する。なお、透明媒質ｗが空気の場合はｎｗ＝１とな
り、上記条件は、 ｓｉｎθｔ＞１／ｎｔ となる。
【０１４９】一方、光路を選択する光学要素１２の条件
としては、 ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／ｎｓ の条件を満たす光のみを透過させるように設定される。
なお、透明媒質ｗが空気の場合はｎｗ＝１となり、上記
条件は、 ｓｉｎθｓ＞１／ｎｓ となる。
としては、 ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／ｎｓ の条件を満たす光のみを透過させるように設定される。
なお、透明媒質ｗが空気の場合はｎｗ＝１となり、上記
条件は、 ｓｉｎθｓ＞１／ｎｓ となる。
【０１５０】次に、平面光源４を説明する。平面光源４
は、全反射光学部材２に面状の入射光を照射する。この
入射光としては、コリメート光又は拡散光のいずれでも
使用でき、また、全反射光学部材２の外部から入射する
他に、全反射光学部材２内部に光源を有して発光させる
ものであってもよい。コリメート光の場合は、特定の入
射角度成分の入射光を全反射光学部材２に供給すること
で光利用効率を向上できる一方、拡散光の場合は、任意
の低コストな平面光源が使用できる。また、内部に光源
を有する場合は、光源からの光が全反射光学部材２内部
に直接的に導入されるため光の導入効率が向上し、光学
素子と光源が一体形成できるため小型薄型化が図られ
る。一方、外部に光源を有する場合は、表示素子１００
の設計自由度が向上し、大型で任意の外部平面光源も利
用することができ、高出力化が容易に行える。
は、全反射光学部材２に面状の入射光を照射する。この
入射光としては、コリメート光又は拡散光のいずれでも
使用でき、また、全反射光学部材２の外部から入射する
他に、全反射光学部材２内部に光源を有して発光させる
ものであってもよい。コリメート光の場合は、特定の入
射角度成分の入射光を全反射光学部材２に供給すること
で光利用効率を向上できる一方、拡散光の場合は、任意
の低コストな平面光源が使用できる。また、内部に光源
を有する場合は、光源からの光が全反射光学部材２内部
に直接的に導入されるため光の導入効率が向上し、光学
素子と光源が一体形成できるため小型薄型化が図られ
る。一方、外部に光源を有する場合は、表示素子１００
の設計自由度が向上し、大型で任意の外部平面光源も利
用することができ、高出力化が容易に行える。
【０１５１】上記入射光としては、ＵＶ光、青色光や緑
色光等の可視光、赤外光等の特定バンドの波長域の光が
使用できる。また、光源の種類としては、例えば、不活
性ガスや水銀蒸気を封入した電子管である蛍光灯、水銀
灯、ネオン管灯、クルックス管等の一般的に用いられ且
つそのまま利用できる放電ランプや、コリメート光が容
易に得られるレーザ光源や、安価で波長域の定まったＬ
ＥＤや、面状光が得られる無機又は有機ＥＬや、白色光
を発して目的に応じてフィルタリングすることで任意の
波長成分が取り出せる白熱ランプや、ＣＲＴ等の陰極線
表示管であって表示素子へ導入する面状光が直接的に得
られる陰極線ランプや、同じく平面状の表示管であって
面状光が直接的に得られるＦＥＤ等が使用できる。
色光等の可視光、赤外光等の特定バンドの波長域の光が
使用できる。また、光源の種類としては、例えば、不活
性ガスや水銀蒸気を封入した電子管である蛍光灯、水銀
灯、ネオン管灯、クルックス管等の一般的に用いられ且
つそのまま利用できる放電ランプや、コリメート光が容
易に得られるレーザ光源や、安価で波長域の定まったＬ
ＥＤや、面状光が得られる無機又は有機ＥＬや、白色光
を発して目的に応じてフィルタリングすることで任意の
波長成分が取り出せる白熱ランプや、ＣＲＴ等の陰極線
表示管であって表示素子へ導入する面状光が直接的に得
られる陰極線ランプや、同じく平面状の表示管であって
面状光が直接的に得られるＦＥＤ等が使用できる。
【０１５２】上記平面光源は、直接面状光が得られるも
の以外は、例えば、複数の点光源や線光源を集結させる
ことで面状光を形成したり、１本又は複数本の光ビーム
を偏向走査させることで面状光を形成する。また、単に
点光源や線光源からの光を、拡散・散乱、屈折、回折等
を行うフィルタを通すことで面状光を形成して照射する
ものであってもよい。複数の点光源や線光源を集結させ
る方式としては、例えばＬＥＤを縦横にマトリクス配置
し、光量が均一となるように発光させる構成や、例えば
蛍光管を並列配置させて発光させる構成のもの等が挙げ
られる。また、偏向走査させる方式としては、例えば半
導体レーザやガスレーザ等のレーザビームを、ポリゴン
ミラー等により偏向走査させることで面状光を得る構成
や、平面表示素子全体を真空封止して陰極線を走査させ
て蛍光体を励起発光させる構成のもの等が挙げられる。
なお、レーザビームは複数の照射スポットを形成するマ
ルチビームを用いることで、より効率的に面状光を得る
ことができる。いずれにせよ、平面光源と同等の面状光
を得ることができれば点光源や線光源等のいずれの光源
を用いることできる。
の以外は、例えば、複数の点光源や線光源を集結させる
ことで面状光を形成したり、１本又は複数本の光ビーム
を偏向走査させることで面状光を形成する。また、単に
点光源や線光源からの光を、拡散・散乱、屈折、回折等
を行うフィルタを通すことで面状光を形成して照射する
ものであってもよい。複数の点光源や線光源を集結させ
る方式としては、例えばＬＥＤを縦横にマトリクス配置
し、光量が均一となるように発光させる構成や、例えば
蛍光管を並列配置させて発光させる構成のもの等が挙げ
られる。また、偏向走査させる方式としては、例えば半
導体レーザやガスレーザ等のレーザビームを、ポリゴン
ミラー等により偏向走査させることで面状光を得る構成
や、平面表示素子全体を真空封止して陰極線を走査させ
て蛍光体を励起発光させる構成のもの等が挙げられる。
なお、レーザビームは複数の照射スポットを形成するマ
ルチビームを用いることで、より効率的に面状光を得る
ことができる。いずれにせよ、平面光源と同等の面状光
を得ることができれば点光源や線光源等のいずれの光源
を用いることできる。
【０１５３】さらに、光源からの光を全反射光学部材２
に照射する際、予め面状光を形成して照射する以外に
も、点光源や線光源による光をそのまま全反射光学部材
２に対して順次走査させながら導入してもよい。この場
合には、例えば上記したレーザビームの走査等が好適に
利用できる。
に照射する際、予め面状光を形成して照射する以外に
も、点光源や線光源による光をそのまま全反射光学部材
２に対して順次走査させながら導入してもよい。この場
合には、例えば上記したレーザビームの走査等が好適に
利用できる。
【０１５４】次に、光路を選択する光学要素１２の特性
を、図７〜図９を用いて詳細に説明する。図７は光学要
素１２への入射光の入射角を示しており、図８は入射光
の波長に対する光学要素１２の分光透過率を入射角毎に
示したグラフで、図９は光学要素１２内外の光路を示す
図である。
を、図７〜図９を用いて詳細に説明する。図７は光学要
素１２への入射光の入射角を示しており、図８は入射光
の波長に対する光学要素１２の分光透過率を入射角毎に
示したグラフで、図９は光学要素１２内外の光路を示す
図である。
【０１５５】まず、図７に示すように、光学要素１２へ
入射光を各入射角θ0，θ1，θ2，θ3で入射させた場合
を考えると、図８に示すように光学要素１２の分光透過
率が変化する。即ち、入射角が全反射臨界角θC以下の
θ0（０度）の場合は、分光透過率が入射光の波長域λ
iS〜λiLに対して略０％となって遮光状態（透過せずに
反射される状態）となる。一方、入射角が全反射臨界角
度θCより大きい場合は、入射角がθ1，θ2，θ3と大き
くなるに従って、分光透過率の透過特性が短波長側にシ
フトするため透過光量が増加する。即ち、光路を選択す
る光学要素１２への入射光の入射角が該光学要素１２の
面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射され
る入射光の波長が短波長側にシフトする。これにより、
入射光の入射角度成分がθ0の光は透過せず、入射角度
成分が特定の角度より大きいθ1，θ2，θ3の光がこの
順に多く透過するようになる。そこで、光学要素１２
を、その分光特性が、所定の界面における全反射臨界角
θCより大きい入射光成分だけが透過するように設計す
ることにより、全反射条件を満足しない入射光成分を遮
光して、全反射する入射光成分だけを光学要素１２から
選択的に出射させることが可能となる。
入射光を各入射角θ0，θ1，θ2，θ3で入射させた場合
を考えると、図８に示すように光学要素１２の分光透過
率が変化する。即ち、入射角が全反射臨界角θC以下の
θ0（０度）の場合は、分光透過率が入射光の波長域λ
iS〜λiLに対して略０％となって遮光状態（透過せずに
反射される状態）となる。一方、入射角が全反射臨界角
度θCより大きい場合は、入射角がθ1，θ2，θ3と大き
くなるに従って、分光透過率の透過特性が短波長側にシ
フトするため透過光量が増加する。即ち、光路を選択す
る光学要素１２への入射光の入射角が該光学要素１２の
面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射され
る入射光の波長が短波長側にシフトする。これにより、
入射光の入射角度成分がθ0の光は透過せず、入射角度
成分が特定の角度より大きいθ1，θ2，θ3の光がこの
順に多く透過するようになる。そこで、光学要素１２
を、その分光特性が、所定の界面における全反射臨界角
θCより大きい入射光成分だけが透過するように設計す
ることにより、全反射条件を満足しない入射光成分を遮
光して、全反射する入射光成分だけを光学要素１２から
選択的に出射させることが可能となる。
【０１５６】上記のように、全反射面２２における全反
射臨界角θCより大きい入射光成分だけが透過するよう
に設計された光学要素１２を用いて全反射光学部材２を
構成した場合の入射光光路を、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、光路を選択する光学要素１２に入射され
た光が光学要素１２で反射する光路Ａと、光路を選択す
る光学要素１２に入射された光が、光学要素１２を透過
して光路前方の透明媒質１４と透明媒質１６との界面と
なる全反射面２２で全反射する光路Ｂとを示している。
射臨界角θCより大きい入射光成分だけが透過するよう
に設計された光学要素１２を用いて全反射光学部材２を
構成した場合の入射光光路を、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、光路を選択する光学要素１２に入射され
た光が光学要素１２で反射する光路Ａと、光路を選択す
る光学要素１２に入射された光が、光学要素１２を透過
して光路前方の透明媒質１４と透明媒質１６との界面と
なる全反射面２２で全反射する光路Ｂとを示している。
【０１５７】光路Ａは、入射光の入射角θiが全反射面
２２における全反射臨界角θC以下の場合で、光学要素
１２は、このような入射角成分の光を透過させずにその
表面で選択的に反射させる。このため、全反射臨界角θ
C以下の入射角度成分の光は光学要素１２により光路前
方に対して遮光される。光路Ｂは、入射光の入射角θi
が全反射面２２における全反射臨界角θCより大きい場
合で、光学要素１２は、このような入射角成分の光を透
過させる。このため、全反射臨界角θCより大きい入射
角度成分の光は光学要素１２を透過して透明媒質１４に
導入され、全反射面２２で全反射される。なお、図９
（ａ）は、入射光が入射される側の屈折率ｎａと透明媒
質１４の屈折率ｎｂが等しく、光学要素１２に対する入
射角θiと全反射面２２における入射角θSとが等しい場
合を示している。
２２における全反射臨界角θC以下の場合で、光学要素
１２は、このような入射角成分の光を透過させずにその
表面で選択的に反射させる。このため、全反射臨界角θ
C以下の入射角度成分の光は光学要素１２により光路前
方に対して遮光される。光路Ｂは、入射光の入射角θi
が全反射面２２における全反射臨界角θCより大きい場
合で、光学要素１２は、このような入射角成分の光を透
過させる。このため、全反射臨界角θCより大きい入射
角度成分の光は光学要素１２を透過して透明媒質１４に
導入され、全反射面２２で全反射される。なお、図９
（ａ）は、入射光が入射される側の屈折率ｎａと透明媒
質１４の屈折率ｎｂが等しく、光学要素１２に対する入
射角θiと全反射面２２における入射角θSとが等しい場
合を示している。
【０１５８】一方、図９（ｂ）は、入射光が入射される
側の屈折率ｎａと透明媒質１４の屈折率ｎｂが異なり、
光学要素１２に対する入射角θiと全反射面２２におけ
る入射角θSとが異なる場合を示している。この場合の
光学要素１２は、全反射面２２における入射角θSが全
反射臨界角θCより大きくなるように設計される。
側の屈折率ｎａと透明媒質１４の屈折率ｎｂが異なり、
光学要素１２に対する入射角θiと全反射面２２におけ
る入射角θSとが異なる場合を示している。この場合の
光学要素１２は、全反射面２２における入射角θSが全
反射臨界角θCより大きくなるように設計される。
【０１５９】上記のように設計された光路を選択する光
学要素１２を用いて全反射光学部材２を構成することに
より、図１に矢印で光路を示すように、全反射光学部材
２に導入されたコリメート光又は拡散光からなる面状の
入射光が光路を変化させる光学要素１０に入射される
と、光の照射位置から拡散等により光路が変化する。そ
して、光路の変化した光が光路を選択する光学要素１２
に到達すると、透明媒質１４と透明媒質１６との界面と
なる全反射面２２における全反射臨界角θCより大きい
角度成分の入射光だけが光学要素１２を透過し、他の角
度成分の入射光は光学要素１２の表面で光入射側に選択
的に反射される。
学要素１２を用いて全反射光学部材２を構成することに
より、図１に矢印で光路を示すように、全反射光学部材
２に導入されたコリメート光又は拡散光からなる面状の
入射光が光路を変化させる光学要素１０に入射される
と、光の照射位置から拡散等により光路が変化する。そ
して、光路の変化した光が光路を選択する光学要素１２
に到達すると、透明媒質１４と透明媒質１６との界面と
なる全反射面２２における全反射臨界角θCより大きい
角度成分の入射光だけが光学要素１２を透過し、他の角
度成分の入射光は光学要素１２の表面で光入射側に選択
的に反射される。
【０１６０】従って、全反射光学部材２に入射される光
のうち、全反射面２２で全反射する光だけが光路前方に
導入され、この導入された光が全反射面２２で全反射す
る。即ち、光路を選択する光学要素１２においては、光
学要素１２から出射される透過光の実質的全てが、光路
を選択する光学要素１２より入射光光路前方の全反射面
における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、その
他の角度成分の入射光は選択的に反射されて透過されな
い。なお、全反射面を有する媒質内において、導光、蓄
積、閉じ込め等が行われることは実質的にない。
のうち、全反射面２２で全反射する光だけが光路前方に
導入され、この導入された光が全反射面２２で全反射す
る。即ち、光路を選択する光学要素１２においては、光
学要素１２から出射される透過光の実質的全てが、光路
を選択する光学要素１２より入射光光路前方の全反射面
における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、その
他の角度成分の入射光は選択的に反射されて透過されな
い。なお、全反射面を有する媒質内において、導光、蓄
積、閉じ込め等が行われることは実質的にない。
【０１６１】また、光路を選択する光学要素１２の表面
で入射光導入側に反射された光の一部は、光路を変化さ
せる光学要素１０の光入射側の界面（反射層）で反射さ
れ、再度、光路を選択する光学要素１２に投入される。
この再投入された光は入射角度が大きくなり、全反射臨
界角θCより大きくなって、光学要素１２を透過して透
明媒質１４に導入される。
で入射光導入側に反射された光の一部は、光路を変化さ
せる光学要素１０の光入射側の界面（反射層）で反射さ
れ、再度、光路を選択する光学要素１２に投入される。
この再投入された光は入射角度が大きくなり、全反射臨
界角θCより大きくなって、光学要素１２を透過して透
明媒質１４に導入される。
【０１６２】次に、光結合要素６を説明する。光結合要
素６は、全反射面における入射光の全反射条件を崩し、
光結合要素６に光を結合させて取り出し、光路前方に出
射させるものである。この光結合要素６には、取り出し
た光の光路を変更する光路変更手段、特定波長成分を吸
収する特定波長成分吸収手段が適宜設けられる。具体的
には、例えば次の（１）〜（４）に示す種類のものが利
用できる。 （１）屈折により光路を変更するもの又はその機能を有
するもの 全反射面２２に近接配置させることで取り出した出力光
を、屈折によりその光路を変更するものであって、例え
ば、図１０（ａ）に示すレンズアレイ、図１０（ｂ）に
示すプリズムアレイ、図１０（ｃ）に示す屈折率分布レ
ンズ体等が挙げられる。これらのレンズアレイ、プリズ
ムアレイによれば、全反射光学部材２の全反射面２２か
ら取り出した出力光を集光或いは拡散させて異なる方向
に出射させることができ、出力光に出射方向性を持たせ
たり、出射方向性をなくすことを出力光の強度を低下さ
せることなく簡単な構成で行える。
素６は、全反射面における入射光の全反射条件を崩し、
光結合要素６に光を結合させて取り出し、光路前方に出
射させるものである。この光結合要素６には、取り出し
た光の光路を変更する光路変更手段、特定波長成分を吸
収する特定波長成分吸収手段が適宜設けられる。具体的
には、例えば次の（１）〜（４）に示す種類のものが利
用できる。 （１）屈折により光路を変更するもの又はその機能を有
するもの 全反射面２２に近接配置させることで取り出した出力光
を、屈折によりその光路を変更するものであって、例え
ば、図１０（ａ）に示すレンズアレイ、図１０（ｂ）に
示すプリズムアレイ、図１０（ｃ）に示す屈折率分布レ
ンズ体等が挙げられる。これらのレンズアレイ、プリズ
ムアレイによれば、全反射光学部材２の全反射面２２か
ら取り出した出力光を集光或いは拡散させて異なる方向
に出射させることができ、出力光に出射方向性を持たせ
たり、出射方向性をなくすことを出力光の強度を低下さ
せることなく簡単な構成で行える。
【０１６３】（２）透過型回折格子又はその機能を有す
るもの 取り出した光を透過させると共に回折により出射方向を
変更する透過型回折格子としては、前述と同様の図３
（ａ）に示す体積ホログラム、図３（ｂ）に示すレリー
フ型回折格子、図３（ｃ）に示す屈折率変調型回折格
子、また、振幅変調型回折格子等が挙げられる。これら
の透過型回折格子によれば、出力光の出射角度を正確に
設定することができる。また、例えばフォトポリマー法
や射出成形法によって大量生産が可能となり、表示素子
自体のコストダウンが図られる。 （３）光拡散体又は光散乱体或いはその機能を有するも
の 取り出した光を拡散又は散乱させる光拡散体又は光散乱
体としては、図１１（ａ）に示す量産に適した多孔質
体、図１１（ｂ）に示す高屈折率微粒子等の異なる屈折
率を有する物質２０の分散体又は分布体、図１１（ｃ）
に示す表面に凹凸が形成された光拡散体又は光散乱体等
が挙げられる。これらの光拡散体又は光散乱体によれ
ば、拡散又は散乱により出力光を任意の方向に散らすこ
とができ、出力光の出射方向性をなくすことができる。
るもの 取り出した光を透過させると共に回折により出射方向を
変更する透過型回折格子としては、前述と同様の図３
（ａ）に示す体積ホログラム、図３（ｂ）に示すレリー
フ型回折格子、図３（ｃ）に示す屈折率変調型回折格
子、また、振幅変調型回折格子等が挙げられる。これら
の透過型回折格子によれば、出力光の出射角度を正確に
設定することができる。また、例えばフォトポリマー法
や射出成形法によって大量生産が可能となり、表示素子
自体のコストダウンが図られる。 （３）光拡散体又は光散乱体或いはその機能を有するも
の 取り出した光を拡散又は散乱させる光拡散体又は光散乱
体としては、図１１（ａ）に示す量産に適した多孔質
体、図１１（ｂ）に示す高屈折率微粒子等の異なる屈折
率を有する物質２０の分散体又は分布体、図１１（ｃ）
に示す表面に凹凸が形成された光拡散体又は光散乱体等
が挙げられる。これらの光拡散体又は光散乱体によれ
ば、拡散又は散乱により出力光を任意の方向に散らすこ
とができ、出力光の出射方向性をなくすことができる。
【０１６４】（４）入射光を吸収するもの又はその機能
を有するもの 入射光を吸収するものとしては、画像データの記録され
た透過性画像フィルム等が挙げられる。全反射光学部材
２の全反射面２２から取り出した出力光を透過性画像フ
ィルムにより特定波長成分を吸収させて出射すること
で、濃淡表示と特定色の発色を得ることができる。即
ち、透過性画像フィルムに記録された画像様に表示が行
える。このため、同一種の入射光であっても複数色の出
射光を選択的に得ることができる。
を有するもの 入射光を吸収するものとしては、画像データの記録され
た透過性画像フィルム等が挙げられる。全反射光学部材
２の全反射面２２から取り出した出力光を透過性画像フ
ィルムにより特定波長成分を吸収させて出射すること
で、濃淡表示と特定色の発色を得ることができる。即
ち、透過性画像フィルムに記録された画像様に表示が行
える。このため、同一種の入射光であっても複数色の出
射光を選択的に得ることができる。
【０１６５】ここで、上述した全反射光学部材２，平面
光源４，光結合要素６により構成した表示素子１００の
光変調動作を説明する。図１に示す全反射光学部材２に
平面光源４からの光が導入されると、光路を変化させる
光学要素１０及び光路を選択する光学要素１２を透過し
た光が全反射光学部材２の全反射面２２で全反射される
ことになる。そして、この全反射面２２に光結合要素６
が近接した領域では、全反射面２２における全反射条件
が崩されて、光結合要素６に全反射面２２から光が取り
出される。取り出された光は全反射光学部材２とは反対
側の表示側に出射され表示光となる。一方、光結合要素
６が全反射面２２から離間した領域では、全反射面２２
で全反射されて表示側に出射されることはない。このよ
うに、本実施形態の表示素子１００は、光結合要素の構
成が単純であるため、空隙ギャップ、膜均一性が大幅に
低減でき、大面積化への実用性に優れた構成となってい
る。
光源４，光結合要素６により構成した表示素子１００の
光変調動作を説明する。図１に示す全反射光学部材２に
平面光源４からの光が導入されると、光路を変化させる
光学要素１０及び光路を選択する光学要素１２を透過し
た光が全反射光学部材２の全反射面２２で全反射される
ことになる。そして、この全反射面２２に光結合要素６
が近接した領域では、全反射面２２における全反射条件
が崩されて、光結合要素６に全反射面２２から光が取り
出される。取り出された光は全反射光学部材２とは反対
側の表示側に出射され表示光となる。一方、光結合要素
６が全反射面２２から離間した領域では、全反射面２２
で全反射されて表示側に出射されることはない。このよ
うに、本実施形態の表示素子１００は、光結合要素の構
成が単純であるため、空隙ギャップ、膜均一性が大幅に
低減でき、大面積化への実用性に優れた構成となってい
る。
【０１６６】上記構成の表示素子１００によれば、導光
板や光導波路を使用することなく、低コストの構成で面
状の光源からの入射光を面状のまま直接的に高効率で全
反射光学部材２に導入するため、例えば入射光を端面側
から導入する場合と比較して入射光の導入口を格段に広
く採ることが可能となり、入射光との結合効率が向上
し、表示素子１００自体の薄型化に影響されることな
く、高効率で面状の全反射光を導入することができる。
これにより、光結合要素６が全反射面に近接配置された
領域から、全反射面２２から取り出された入射光を表示
面側に高効率で出射することができる。従って、表示素
子１００の光路前方側の面では、光結合要素６の設けら
れた領域だけが光り、表示素子１００から画像様に光が
出射される。即ち、必要箇所だけに画像表示を行うこと
ができる。また、この構成によれば、導光板や光導波路
を使用する場合に生じるクロストークによる局所的な光
量低下が防止され、表示画面の全面に亘って均等な明る
さの表示が可能となる。
板や光導波路を使用することなく、低コストの構成で面
状の光源からの入射光を面状のまま直接的に高効率で全
反射光学部材２に導入するため、例えば入射光を端面側
から導入する場合と比較して入射光の導入口を格段に広
く採ることが可能となり、入射光との結合効率が向上
し、表示素子１００自体の薄型化に影響されることな
く、高効率で面状の全反射光を導入することができる。
これにより、光結合要素６が全反射面に近接配置された
領域から、全反射面２２から取り出された入射光を表示
面側に高効率で出射することができる。従って、表示素
子１００の光路前方側の面では、光結合要素６の設けら
れた領域だけが光り、表示素子１００から画像様に光が
出射される。即ち、必要箇所だけに画像表示を行うこと
ができる。また、この構成によれば、導光板や光導波路
を使用する場合に生じるクロストークによる局所的な光
量低下が防止され、表示画面の全面に亘って均等な明る
さの表示が可能となる。
【０１６７】そして、表示素子１００内の各界面で反射
される入射光の一部は、界面における反射等により光路
前方に再投入されるため、表示素子１００の高出力化も
容易に達成できる。さらに、全反射光学部材２単体では
透過光が実質的に生じないため、導入した光量が減衰す
ることがなく、光利用効率を向上できる。なお、全反射
光学部材２が空気（不活性ガスであってもよい）と接触
する気体接触界面を全反射面とすることにより、全反射
を生じさせる屈折率の層を別途設けることなく単純構造
にできる。また、平面光源の配置位置が自在に選択で
き、数多くの光源を実装することが可能となり、光の出
射輝度を向上できる。さらに、平面光源の入射光角度分
布制限がなく、既存のバックライト光源が使用可能とな
る。なお、図示は省略するが、表示素子１００の入射光
導入側に、この表示素子１００により反射された入射光
を表示素子１００側に再投入するための反射体を設けて
もよい。これにより、光のリサイクルが行われ、光利用
効率が向上して高効率化が図られる。
される入射光の一部は、界面における反射等により光路
前方に再投入されるため、表示素子１００の高出力化も
容易に達成できる。さらに、全反射光学部材２単体では
透過光が実質的に生じないため、導入した光量が減衰す
ることがなく、光利用効率を向上できる。なお、全反射
光学部材２が空気（不活性ガスであってもよい）と接触
する気体接触界面を全反射面とすることにより、全反射
を生じさせる屈折率の層を別途設けることなく単純構造
にできる。また、平面光源の配置位置が自在に選択で
き、数多くの光源を実装することが可能となり、光の出
射輝度を向上できる。さらに、平面光源の入射光角度分
布制限がなく、既存のバックライト光源が使用可能とな
る。なお、図示は省略するが、表示素子１００の入射光
導入側に、この表示素子１００により反射された入射光
を表示素子１００側に再投入するための反射体を設けて
もよい。これにより、光のリサイクルが行われ、光利用
効率が向上して高効率化が図られる。
【０１６８】次に、上述した表示素子を２次元配列して
構成した本発明の第２実施形態を図１２，図１３を用い
て説明する。図１２は可撓薄膜により形成した表示素子
を２次元配列した平面表示素子の平面図で、図１３は、
図１２のＣ−Ｃ断面図で（ａ）は非駆動時、（ｂ）は駆
動時の状態を示す図である。図１２及び図１３に示すよ
うに、本実施形態の平面表示素子２００は、全反射光学
部材２の全反射面２２上に光結合要素６がｍ行ｎ列
（ｍ、ｎは整数）の２次元状に配列されている。即ち、
全反射面２２上には入射光に対して透明な信号電極３２
が列方向にそれぞれｎ列平行配置され、この信号電極３
２に直交する行方向に、同じく入射光に対して透明な走
査電極３４が信号電極の両側方に形成された一対の柱材
３６ａ，３６ｂを介してｍ行平行配置されている。な
お、走査電極３４の信号電極３２側には、電気絶縁性を
有する光拡散層３８が形成され、走査電極３４と光拡散
層３８により可撓薄膜を形成している。
構成した本発明の第２実施形態を図１２，図１３を用い
て説明する。図１２は可撓薄膜により形成した表示素子
を２次元配列した平面表示素子の平面図で、図１３は、
図１２のＣ−Ｃ断面図で（ａ）は非駆動時、（ｂ）は駆
動時の状態を示す図である。図１２及び図１３に示すよ
うに、本実施形態の平面表示素子２００は、全反射光学
部材２の全反射面２２上に光結合要素６がｍ行ｎ列
（ｍ、ｎは整数）の２次元状に配列されている。即ち、
全反射面２２上には入射光に対して透明な信号電極３２
が列方向にそれぞれｎ列平行配置され、この信号電極３
２に直交する行方向に、同じく入射光に対して透明な走
査電極３４が信号電極の両側方に形成された一対の柱材
３６ａ，３６ｂを介してｍ行平行配置されている。な
お、走査電極３４の信号電極３２側には、電気絶縁性を
有する光拡散層３８が形成され、走査電極３４と光拡散
層３８により可撓薄膜を形成している。
【０１６９】電気絶縁性を有する光拡散層は、例えばＳ
ｉＯ2、ＳｉＮx等の無機絶縁膜や、ポリイミド等の有機
絶縁膜が使用可能である。また、可撓薄膜と信号電極の
間の空隙形成には、空隙部に予め犠牲層を形成し、その
上に可撓薄膜を形成してから最後に犠牲層をエッチング
除去して空隙を得ることができる。可撓薄膜に光拡散性
を付与する手段としては、フォトリソ・エッチング等に
より表面に凹凸を形成する方法や、屈折率の異なる微粒
子を上記絶縁膜に分散する方法等で得られる。
ｉＯ2、ＳｉＮx等の無機絶縁膜や、ポリイミド等の有機
絶縁膜が使用可能である。また、可撓薄膜と信号電極の
間の空隙形成には、空隙部に予め犠牲層を形成し、その
上に可撓薄膜を形成してから最後に犠牲層をエッチング
除去して空隙を得ることができる。可撓薄膜に光拡散性
を付与する手段としては、フォトリソ・エッチング等に
より表面に凹凸を形成する方法や、屈折率の異なる微粒
子を上記絶縁膜に分散する方法等で得られる。
【０１７０】上記構成の平面表示素子２００の光変調動
作を説明すると、まず、図１３（ａ）に示すように、信
号電極３２と走査電極３４との間の電圧が非駆動電圧Ｖ
ｏｆｆのとき、可撓薄膜４０はニュートラル状態の平面
状を呈し、全反射光学部材２に導入された光は表示側に
出射されない。
作を説明すると、まず、図１３（ａ）に示すように、信
号電極３２と走査電極３４との間の電圧が非駆動電圧Ｖ
ｏｆｆのとき、可撓薄膜４０はニュートラル状態の平面
状を呈し、全反射光学部材２に導入された光は表示側に
出射されない。
【０１７１】一方、図１３（ｂ）に示すように、信号電
極３２と走査電極３４との間に駆動電圧Ｖｏｎを印加す
ると、信号電極３２と走査電極３４との間に静電気力が
発生して可撓薄膜４０は信号電極３２に吸着される。す
ると、全反射光学部材２に導入された光は、可撓薄膜４
０が信号電極３２に吸着された領域で全反射条件が崩
れ、信号電極３２及び可撓薄膜４０を通じて取り出され
る。この取り出された光が表示側に出射されることにな
る。
極３２と走査電極３４との間に駆動電圧Ｖｏｎを印加す
ると、信号電極３２と走査電極３４との間に静電気力が
発生して可撓薄膜４０は信号電極３２に吸着される。す
ると、全反射光学部材２に導入された光は、可撓薄膜４
０が信号電極３２に吸着された領域で全反射条件が崩
れ、信号電極３２及び可撓薄膜４０を通じて取り出され
る。この取り出された光が表示側に出射されることにな
る。
【０１７２】このように、上記構成の平面表示素子２０
０によれば、可撓薄膜４０と信号電極３２とを電気機械
動作により離反又は接触させることで導光拡散作用が得
られ、この導光拡散作用を利用して光変調が可能とな
る。即ち、可撓薄膜４０と信号電極３２との間に空隙が
形成されているときは、全反射光学部材２内の全反射条
件が満足されて信号電極３２からの光を遮断する一方、
可撓薄膜４０を信号電極３２に接触させたときは、全反
射条件が崩されて信号電極３２からの光が可撓薄膜４０
側へ導光される。この導光された光を可撓薄膜４０内の
光拡散層３８で拡散することで、可撓薄膜４０からの光
の出射が可能になる。
０によれば、可撓薄膜４０と信号電極３２とを電気機械
動作により離反又は接触させることで導光拡散作用が得
られ、この導光拡散作用を利用して光変調が可能とな
る。即ち、可撓薄膜４０と信号電極３２との間に空隙が
形成されているときは、全反射光学部材２内の全反射条
件が満足されて信号電極３２からの光を遮断する一方、
可撓薄膜４０を信号電極３２に接触させたときは、全反
射条件が崩されて信号電極３２からの光が可撓薄膜４０
側へ導光される。この導光された光を可撓薄膜４０内の
光拡散層３８で拡散することで、可撓薄膜４０からの光
の出射が可能になる。
【０１７３】次に、本発明の表示素子により紫外線を光
変調し、蛍光体を励起発光させて表示を行う本発明の第
３実施形態を説明する。図１４は、前述の平面表示素子
の表示側に蛍光体を配置した励起発光型平面表示素子の
平面図で、図１５は、図１４のＤ−Ｄ断面図で（ａ）は
非駆動時、（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。図１
４及び図１５に示すように、本実施形態の励起発光型平
面表示素子３００は、前述の平面表示素子２００の平面
光源４を面状のＵＶ光を照射するＵＶ光平面光源５と
し、全反射光学部材２の可撓薄膜４０形成側に、蛍光体
を透明基板４４に形成した前面板４６を対向配置した構
成としている。
変調し、蛍光体を励起発光させて表示を行う本発明の第
３実施形態を説明する。図１４は、前述の平面表示素子
の表示側に蛍光体を配置した励起発光型平面表示素子の
平面図で、図１５は、図１４のＤ−Ｄ断面図で（ａ）は
非駆動時、（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。図１
４及び図１５に示すように、本実施形態の励起発光型平
面表示素子３００は、前述の平面表示素子２００の平面
光源４を面状のＵＶ光を照射するＵＶ光平面光源５と
し、全反射光学部材２の可撓薄膜４０形成側に、蛍光体
を透明基板４４に形成した前面板４６を対向配置した構
成としている。
【０１７４】前面板４６には、平面表示素子２００の信
号電極３２に対向させて三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の帯状の
蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃを設けてある。また、こ
れら帯状の蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃの間には、コ
ントラスト比を向上させるブラックマトリクス４８を配
置している。この場合のブラックマトリクス４８は、カ
ーボン分散樹脂、クロム等の金属で形成できる。この前
面板４６は、蛍光体発光波長を透過するガラス等の材料
が使用される。また、蛍光体の可撓薄膜４０側には、励
起用紫外線を透過させ、蛍光体発光波長を反射する波長
選択反射膜５０を設けてあり、ＵＶ光平面光源からの光
を透過させると共に、蛍光体からの発光を表示側に向け
て反射させている。これにより表示光量の増大が図られ
る。この波長選択反射膜５０としては、例えば誘電体多
層膜や、コレステリック液晶材料が使用できる。
号電極３２に対向させて三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の帯状の
蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃを設けてある。また、こ
れら帯状の蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃの間には、コ
ントラスト比を向上させるブラックマトリクス４８を配
置している。この場合のブラックマトリクス４８は、カ
ーボン分散樹脂、クロム等の金属で形成できる。この前
面板４６は、蛍光体発光波長を透過するガラス等の材料
が使用される。また、蛍光体の可撓薄膜４０側には、励
起用紫外線を透過させ、蛍光体発光波長を反射する波長
選択反射膜５０を設けてあり、ＵＶ光平面光源からの光
を透過させると共に、蛍光体からの発光を表示側に向け
て反射させている。これにより表示光量の増大が図られ
る。この波長選択反射膜５０としては、例えば誘電体多
層膜や、コレステリック液晶材料が使用できる。
【０１７５】これら信号電極３２、走査電極３４は、導
入される光に対して透明な導電性材料で構成され、励起
用紫外線を透過させる材料又はその光学特性を有するも
のが好ましく、具体的にはＩＴＯ等が使用可能である。
さらに好ましくはアルミ又はその合金、クロム、モリブ
デン、タンタル等の金属薄膜を前記透明な導電材料の端
に積層して電極の抵抗を低くし、印加電圧の遅延を低減
することができる。
入される光に対して透明な導電性材料で構成され、励起
用紫外線を透過させる材料又はその光学特性を有するも
のが好ましく、具体的にはＩＴＯ等が使用可能である。
さらに好ましくはアルミ又はその合金、クロム、モリブ
デン、タンタル等の金属薄膜を前記透明な導電材料の端
に積層して電極の抵抗を低くし、印加電圧の遅延を低減
することができる。
【０１７６】次に、上記構成の励起発光型平面表示素子
３００の光変調動作を説明すると、まず、図１５（ａ）
に示すように、信号電極３２と走査電極３４との間の電
圧が非駆動電圧Ｖｏｆｆのとき、可撓薄膜４０はニュー
トラル状態の平面状を呈し、全反射光学部材２に導入さ
れたＵＶ光は前面板４６側に出射されない。
３００の光変調動作を説明すると、まず、図１５（ａ）
に示すように、信号電極３２と走査電極３４との間の電
圧が非駆動電圧Ｖｏｆｆのとき、可撓薄膜４０はニュー
トラル状態の平面状を呈し、全反射光学部材２に導入さ
れたＵＶ光は前面板４６側に出射されない。
【０１７７】一方、図１５（ｂ）に示すように、信号電
極３２と走査電極３４との間に駆動電圧Ｖｏｎを印加す
ると、可撓薄膜４０は静電気力によって信号電極３２に
吸着される。すると、全反射光学部材２に導入されたＵ
Ｖ光は全反射条件が崩れるために信号電極３２及び可撓
薄膜４０を通じて取り出され、前面板４６側に出射され
る。出射されたＵＶ光は、前面板４６の波長選択反射膜
５０を透過して蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃに選択的
に照射され、蛍光体を励起発光させる。これにより生じ
た励起光（Ｒ，Ｇ，Ｂ色）は表示側に出射され、また、
表示側後方に向いた励起光は波長選択反射膜５０により
表示側に反射されて出射される。
極３２と走査電極３４との間に駆動電圧Ｖｏｎを印加す
ると、可撓薄膜４０は静電気力によって信号電極３２に
吸着される。すると、全反射光学部材２に導入されたＵ
Ｖ光は全反射条件が崩れるために信号電極３２及び可撓
薄膜４０を通じて取り出され、前面板４６側に出射され
る。出射されたＵＶ光は、前面板４６の波長選択反射膜
５０を透過して蛍光体４２ａ，４２ｂ，４２ｃに選択的
に照射され、蛍光体を励起発光させる。これにより生じ
た励起光（Ｒ，Ｇ，Ｂ色）は表示側に出射され、また、
表示側後方に向いた励起光は波長選択反射膜５０により
表示側に反射されて出射される。
【０１７８】このように、上記構成の励起発光型平面表
示素子３００によれば、可撓薄膜４０と信号電極３２と
が電気機械動作により離反して、双方の間に空隙が形成
されているときは、全反射光学部材２内の全反射条件が
満足されて信号電極３２からの光を遮断する。一方、可
撓薄膜４０が信号電極３２に接触しているときは、全反
射条件が崩されて信号電極３２からの光が可撓薄膜４０
を通じて前面板４６側に出射され蛍光体４２ａ，４２
ｂ，４２ｃを選択的に励起発光させる。これにより、任
意の位置の蛍光体を選択的に発光制御することができ、
また、面状に導入されたＵＶ光をそのまま蛍光体に照射
して可視３原色を発光させるので、例えば液晶表示素子
のように白色光源を色吸収型のカラーフィルタで３原色
化する場合と比べて光利用効率を高めて、任意のパター
ンのカラー平面画像を表示できる。
示素子３００によれば、可撓薄膜４０と信号電極３２と
が電気機械動作により離反して、双方の間に空隙が形成
されているときは、全反射光学部材２内の全反射条件が
満足されて信号電極３２からの光を遮断する。一方、可
撓薄膜４０が信号電極３２に接触しているときは、全反
射条件が崩されて信号電極３２からの光が可撓薄膜４０
を通じて前面板４６側に出射され蛍光体４２ａ，４２
ｂ，４２ｃを選択的に励起発光させる。これにより、任
意の位置の蛍光体を選択的に発光制御することができ、
また、面状に導入されたＵＶ光をそのまま蛍光体に照射
して可視３原色を発光させるので、例えば液晶表示素子
のように白色光源を色吸収型のカラーフィルタで３原色
化する場合と比べて光利用効率を高めて、任意のパター
ンのカラー平面画像を表示できる。
【０１７９】また、上記構成による２次元配列された光
変調素子は、可撓薄膜の形状と弾性定数等の機械的物
性、可撓薄膜と全反射面との空隙距離等を適宜選択する
ことで、印加電圧に対する変位特性にヒステリシスを有
する。このヒステリシス特性を利用して、信号電極３２
と走査電極３４に適宜電位を印加することにより、ＴＦ
Ｔ等のアクティブ素子を用いることなく２次元配列され
た任意の画素の透過率を高コントラストで制御すること
が可能となる。即ち、所謂パッシブマトリクス駆動が可
能である。パッシブマトリクス駆動とは、格子状に走査
電極と信号電極とを配置して、これを時分割でON／OFF
制御することで交点部分の画素を駆動する表示方式であ
って、代表的な例としてSTN(Super Twisted Nematic)が
ある。
変調素子は、可撓薄膜の形状と弾性定数等の機械的物
性、可撓薄膜と全反射面との空隙距離等を適宜選択する
ことで、印加電圧に対する変位特性にヒステリシスを有
する。このヒステリシス特性を利用して、信号電極３２
と走査電極３４に適宜電位を印加することにより、ＴＦ
Ｔ等のアクティブ素子を用いることなく２次元配列され
た任意の画素の透過率を高コントラストで制御すること
が可能となる。即ち、所謂パッシブマトリクス駆動が可
能である。パッシブマトリクス駆動とは、格子状に走査
電極と信号電極とを配置して、これを時分割でON／OFF
制御することで交点部分の画素を駆動する表示方式であ
って、代表的な例としてSTN(Super Twisted Nematic)が
ある。
【０１８０】このように、光変調素子を一般的に用いら
れるパッシブマトリクス駆動手段に接続して各電極３
２，３４へ電位を印加することで、安価で大面積な平面
表示素子が実現できる。さらに、可撓薄膜と全反射面と
の空隙を１μｍ程度とすることで、低電圧で高速の光変
調が可能となり、特に透過率を２値で変調し、１フィー
ルド時間内に透過させる時間をデジタル的に制御するこ
とにより、動画表示に適した高品位の階調が安定して得
られる。また、蛍光体発光による表示なので視野角依存
が無く高画質表示が得られる。
れるパッシブマトリクス駆動手段に接続して各電極３
２，３４へ電位を印加することで、安価で大面積な平面
表示素子が実現できる。さらに、可撓薄膜と全反射面と
の空隙を１μｍ程度とすることで、低電圧で高速の光変
調が可能となり、特に透過率を２値で変調し、１フィー
ルド時間内に透過させる時間をデジタル的に制御するこ
とにより、動画表示に適した高品位の階調が安定して得
られる。また、蛍光体発光による表示なので視野角依存
が無く高画質表示が得られる。
【０１８１】次に、本発明の表示素子により紫外線を光
変調し、蛍光体を励起発光させて表示を行う本発明の第
４実施形態を説明する。図１６は、前述の励起発光型平
面表示素子の蛍光体を可撓薄膜上に形成した本実施形態
の励起発光型平面表示素子の一部を示す断面図で、
（ａ）は非駆動時、（ｂ）は駆動時の状態を示す図であ
る。図１６（ａ）に示すように、本実施形態の励起発光
型平面表示素子４００は、前面板を設けることなく、蛍
光体５２ａ，５２ｂ，５２ｃを可撓薄膜４０上に直接形
成することで、構成及び成形工程の簡略化を図ってお
り、一層の薄型化と低コスト化が達成される。なお、蛍
光体５２ａ，５２ｂ，５２ｃのそれぞれの間にブラック
マトリクスを設けることで、表示画像のコントラストを
高めている。
変調し、蛍光体を励起発光させて表示を行う本発明の第
４実施形態を説明する。図１６は、前述の励起発光型平
面表示素子の蛍光体を可撓薄膜上に形成した本実施形態
の励起発光型平面表示素子の一部を示す断面図で、
（ａ）は非駆動時、（ｂ）は駆動時の状態を示す図であ
る。図１６（ａ）に示すように、本実施形態の励起発光
型平面表示素子４００は、前面板を設けることなく、蛍
光体５２ａ，５２ｂ，５２ｃを可撓薄膜４０上に直接形
成することで、構成及び成形工程の簡略化を図ってお
り、一層の薄型化と低コスト化が達成される。なお、蛍
光体５２ａ，５２ｂ，５２ｃのそれぞれの間にブラック
マトリクスを設けることで、表示画像のコントラストを
高めている。
【０１８２】なお、上記第３実施形態、第４実施形態で
は、入射光としてＵＶ光を用い、その透過光により励起
発光するＧ（緑色）、Ｒ（赤色）の蛍光体を使用してフ
ルカラー表示を行ったが、この他には、入射光として青
色（主な波長域は４００〜５００ｎｍ）とし、この青色
光で励起発光するＧ（緑色）、Ｒ（赤色）の蛍光体を使
用してもよく、これらの組合せは上記例に限らない。入
射光として青色のような可視光を使用することにより、
ＵＶ光に耐性のない有機材料等を本発明の素子を構成す
る材料として使用可能にできる。
は、入射光としてＵＶ光を用い、その透過光により励起
発光するＧ（緑色）、Ｒ（赤色）の蛍光体を使用してフ
ルカラー表示を行ったが、この他には、入射光として青
色（主な波長域は４００〜５００ｎｍ）とし、この青色
光で励起発光するＧ（緑色）、Ｒ（赤色）の蛍光体を使
用してもよく、これらの組合せは上記例に限らない。入
射光として青色のような可視光を使用することにより、
ＵＶ光に耐性のない有機材料等を本発明の素子を構成す
る材料として使用可能にできる。
【０１８３】また、可撓薄膜又はその光路前方に蛍光体
を設け、この蛍光体のさらに光路前方に、蛍光体の発光
波長成分を透過すると共に入射光の波長成分を遮光させ
る光学フィルタを設けてもよい。この構成によれば、例
えば入射光としてＵＶ光を用いた場合に、その透過光
（漏れ光）が表示側（観測者側）へ出射されることを防
止できる。さらに、上記光学フィルタに代えて、蛍光体
の発光波長成分を透過すると共に入射光の波長成分を遮
光させる光学フィルタを設けてもよい。この構成によれ
ば、例えば蛍光体の発光波長が可視光域の場合、可視光
を吸収するＮＤフィルタ（透過率２０〜７０％程度）を
表示側（観測者側）に設けることにより、明るい場所で
あっても高いコントラストで表示が行える。
を設け、この蛍光体のさらに光路前方に、蛍光体の発光
波長成分を透過すると共に入射光の波長成分を遮光させ
る光学フィルタを設けてもよい。この構成によれば、例
えば入射光としてＵＶ光を用いた場合に、その透過光
（漏れ光）が表示側（観測者側）へ出射されることを防
止できる。さらに、上記光学フィルタに代えて、蛍光体
の発光波長成分を透過すると共に入射光の波長成分を遮
光させる光学フィルタを設けてもよい。この構成によれ
ば、例えば蛍光体の発光波長が可視光域の場合、可視光
を吸収するＮＤフィルタ（透過率２０〜７０％程度）を
表示側（観測者側）に設けることにより、明るい場所で
あっても高いコントラストで表示が行える。
【０１８４】次に、上述した表示素子の光結合要素を液
晶により形成し、電気光学的に光変調を行う本発明の第
５実施形態を説明する。図１７に本実施形態の光結合要
素の概念的な構成と、光変調作用を説明する図を示し
た。本実施形態の光結合要素７では、全反射光学部材２
の全反射面に信号電極３２を、この信号電極３２に対峙
して走査電極３４をそれぞれ設けると共に、これら信号
電極３２と走査電極３４との間に、信号電極３２界面で
全反射条件を満足する屈折率ｎｃと全反射条件を崩す屈
折率ｎｄに変調可能な液晶層５４を介装している。
晶により形成し、電気光学的に光変調を行う本発明の第
５実施形態を説明する。図１７に本実施形態の光結合要
素の概念的な構成と、光変調作用を説明する図を示し
た。本実施形態の光結合要素７では、全反射光学部材２
の全反射面に信号電極３２を、この信号電極３２に対峙
して走査電極３４をそれぞれ設けると共に、これら信号
電極３２と走査電極３４との間に、信号電極３２界面で
全反射条件を満足する屈折率ｎｃと全反射条件を崩す屈
折率ｎｄに変調可能な液晶層５４を介装している。
【０１８５】図１７（ａ）は、各電極へ非駆動電圧Ｖｏ
ｆｆを印加した状態で、図１７（ｂ）は、各電極へ駆動
電圧Ｖｏｎを印加した状態を示している。非駆動電圧Ｖ
ｏｆｆを印加した状態では、信号電極３２と液晶層５４
との界面では、全反射条件を満足するように液晶層５４
の屈折率が設定されるため、全反射光学部材２に導入さ
れた光は界面で全反射する。また、駆動電圧Ｖｏｎを印
加した状態では、液晶層５４の屈折率がｎｃからｎｄに
変化して、界面における全反射条件が崩れ、全反射光学
部材２に導入された光が取り出され、表示側に出射され
る。
ｆｆを印加した状態で、図１７（ｂ）は、各電極へ駆動
電圧Ｖｏｎを印加した状態を示している。非駆動電圧Ｖ
ｏｆｆを印加した状態では、信号電極３２と液晶層５４
との界面では、全反射条件を満足するように液晶層５４
の屈折率が設定されるため、全反射光学部材２に導入さ
れた光は界面で全反射する。また、駆動電圧Ｖｏｎを印
加した状態では、液晶層５４の屈折率がｎｃからｎｄに
変化して、界面における全反射条件が崩れ、全反射光学
部材２に導入された光が取り出され、表示側に出射され
る。
【０１８６】このように、上記構成の光結合要素によれ
ば、液晶層５４の屈折率を変調させる駆動電圧制御によ
って光変調を行うことができ、従来の偏光板を使用する
液晶変調素子と比べ、高効率な変調を行うことができ
る。
ば、液晶層５４の屈折率を変調させる駆動電圧制御によ
って光変調を行うことができ、従来の偏光板を使用する
液晶変調素子と比べ、高効率な変調を行うことができ
る。
【０１８７】また、本実施形態の変形例として、光結合
要素を前述の液晶層に替えてＰＬＤＣ（ポリマー分散型
液晶）を用いて表示素子を構成することができる。図１
８にＰＬＤＣを用いた光結合要素の概念的な構成と、光
変調作用を説明する図を示した。本実施形態の光結合要
素８では、全反射光学部材２の全反射面に信号電極３２
を、この信号電極３２に対峙して走査電極３４をそれぞ
れ設けると共に、これら信号電極３２と走査電極３４と
の間にＰＬＤＣ層５６を介装している。ＰＬＤＣ層５６
は、高分子ネットワークを有するポリマー層５８内に液
晶層が封入された微小なマイクロカプセル６０を分散し
たものものである。このＰＬＤＣ層５６は、電極間電圧
が非駆動電圧Ｖｏｆｆのときは、液晶が不規則に並んで
光が拡散されるため、導入された光は表示側に出射す
る。また、電極間電圧が駆動電圧Ｖｏｎのときは、液晶
分子が整列するため、導入された光は液層層内を直進
し、層前方の界面で全反射され、その結果、表示側には
出射されない。これにより、光のオンオフ制御が行え
る。
要素を前述の液晶層に替えてＰＬＤＣ（ポリマー分散型
液晶）を用いて表示素子を構成することができる。図１
８にＰＬＤＣを用いた光結合要素の概念的な構成と、光
変調作用を説明する図を示した。本実施形態の光結合要
素８では、全反射光学部材２の全反射面に信号電極３２
を、この信号電極３２に対峙して走査電極３４をそれぞ
れ設けると共に、これら信号電極３２と走査電極３４と
の間にＰＬＤＣ層５６を介装している。ＰＬＤＣ層５６
は、高分子ネットワークを有するポリマー層５８内に液
晶層が封入された微小なマイクロカプセル６０を分散し
たものものである。このＰＬＤＣ層５６は、電極間電圧
が非駆動電圧Ｖｏｆｆのときは、液晶が不規則に並んで
光が拡散されるため、導入された光は表示側に出射す
る。また、電極間電圧が駆動電圧Ｖｏｎのときは、液晶
分子が整列するため、導入された光は液層層内を直進
し、層前方の界面で全反射され、その結果、表示側には
出射されない。これにより、光のオンオフ制御が行え
る。
【０１８８】次に、以上説明した表示素子、平面表示素
子、励起発光型平面表示素子に使用される全反射光学部
材の他の実施形態を以下に説明する。まず、光路を選択
する光学要素として、前述の光干渉フィルタに代えてブ
ラッグ反射フィルタを用いた本発明の第５実施形態を説
明する。図１９に光路を選択する光学要素１３を液晶膜
により構成した例を示した。この場合の光路を選択する
光学要素１３は、ＩＴＯ等からなる一対の透明電極２６
と、その内側に形成された配向層２８と、配向層２８に
囲まれたコレステリック液晶層３０とからなる。
子、励起発光型平面表示素子に使用される全反射光学部
材の他の実施形態を以下に説明する。まず、光路を選択
する光学要素として、前述の光干渉フィルタに代えてブ
ラッグ反射フィルタを用いた本発明の第５実施形態を説
明する。図１９に光路を選択する光学要素１３を液晶膜
により構成した例を示した。この場合の光路を選択する
光学要素１３は、ＩＴＯ等からなる一対の透明電極２６
と、その内側に形成された配向層２８と、配向層２８に
囲まれたコレステリック液晶層３０とからなる。
【０１８９】この構成のコレステリック液晶層３０によ
るフィルタリング効果を以下に説明する。コレステリッ
ク液晶層３０は、コレステリック液晶分子が層に対して
平行に配向され、層の垂直方向に対して螺旋構造を呈し
ている。コレステリック液晶層３０の常光屈折率をｎ
ｏ、異常光屈折率をｎｅ、複屈折率をΔｎ、平均屈折率
をｎとすると、複屈折率Δｎは（３）式で表せる。
るフィルタリング効果を以下に説明する。コレステリッ
ク液晶層３０は、コレステリック液晶分子が層に対して
平行に配向され、層の垂直方向に対して螺旋構造を呈し
ている。コレステリック液晶層３０の常光屈折率をｎ
ｏ、異常光屈折率をｎｅ、複屈折率をΔｎ、平均屈折率
をｎとすると、複屈折率Δｎは（３）式で表せる。
【０１９０】Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ （３）
また、平均屈折率ｎは、近似的に（４）式により表せ
る。 ｎ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２ （４）
る。 ｎ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２ （４）
【０１９１】さらに、コレステリック液晶層３０の螺旋
ピッチをＰ［nm］とした場合、コレステリック液晶層３
０はブラッグ反射の原理で選択的に反射する特性を示
す。即ち、入射角θ［deg］でコレステリック液晶層３
０に入射した光が選択的に反射された場合の入射光の中
心波長λ（θ）［nm］は（５）式で表せる。 λ（θ）＝λ（０）・cos［sin-1（sinθ／ｎ）］ （５）
ピッチをＰ［nm］とした場合、コレステリック液晶層３
０はブラッグ反射の原理で選択的に反射する特性を示
す。即ち、入射角θ［deg］でコレステリック液晶層３
０に入射した光が選択的に反射された場合の入射光の中
心波長λ（θ）［nm］は（５）式で表せる。 λ（θ）＝λ（０）・cos［sin-1（sinθ／ｎ）］ （５）
【０１９２】ただし、入射光は空気（屈折率＝１）から
入射させるものとする。ここで、λ（０）［nm］は入射
角がθ0、即ち、層に対して垂直入射したときの中心波
長であり、（６）式で表せる。 λ（０）＝ｎ・Ｐ （６） また、反射波長幅Δλ［nm］は（７）式で表せる。 Δλ＝Δｎ・Ｐ （７）
入射させるものとする。ここで、λ（０）［nm］は入射
角がθ0、即ち、層に対して垂直入射したときの中心波
長であり、（６）式で表せる。 λ（０）＝ｎ・Ｐ （６） また、反射波長幅Δλ［nm］は（７）式で表せる。 Δλ＝Δｎ・Ｐ （７）
【０１９３】従って、コレステリック液晶層３０の物性
値である常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅ、螺旋ピッ
チＰを制御して層を形成することにより、入射角θに応
じて変化する任意の反射中心波長λ（θ）と、所望の反
射波長幅Δλを有した光学フィルタを形成できる。例え
ば、螺旋ピッチＰの調整は、螺旋ピッチの異なる２種以
上の材料を混合して調整する等の製法により可能であ
る。さらに、対象とする入射光の波長域が広い場合は、
コレステリック液晶層の選択反射波長域も広げる必要が
ある。この場合は、螺旋ピッチが厚み方向で連続的に異
なるように液晶を配向させることで反射波長域を広げる
ことができる。また、異なる選択反射波長域のコレステ
リック液晶層を積層することによっても反射波長域を広
げることができ、本発明の光路を選択する光学要素とし
て使用可能である。
値である常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅ、螺旋ピッ
チＰを制御して層を形成することにより、入射角θに応
じて変化する任意の反射中心波長λ（θ）と、所望の反
射波長幅Δλを有した光学フィルタを形成できる。例え
ば、螺旋ピッチＰの調整は、螺旋ピッチの異なる２種以
上の材料を混合して調整する等の製法により可能であ
る。さらに、対象とする入射光の波長域が広い場合は、
コレステリック液晶層の選択反射波長域も広げる必要が
ある。この場合は、螺旋ピッチが厚み方向で連続的に異
なるように液晶を配向させることで反射波長域を広げる
ことができる。また、異なる選択反射波長域のコレステ
リック液晶層を積層することによっても反射波長域を広
げることができ、本発明の光路を選択する光学要素とし
て使用可能である。
【０１９４】なお、このコレステリック液晶層３０は、
次のようにして製造できる。コレステリック液晶を成膜
する支持体上にポリイミド配向膜を塗布、乾燥し、ラビ
ングによる表面処理を行う。これにより、ポリイミド配
向膜が形成される。この上に、低分子コレステリック液
晶、又はネマチック液晶とねじれを発現させるカイラル
剤の混合物、高分子モノマー、光重合開始剤を有機溶剤
で混合させた調整液により塗布した後、適当な温度で配
向させる。その後、必要な部分に紫外線を露光して光重
合させ、現像により不要部分を除去する。最後に高温ベ
ークを行って安定させる。ねじれ方向及び反射入射角度
を制御するためには、コレステリック液晶、カイラル
剤、及び各々の濃度を適宜変更すればよい。
次のようにして製造できる。コレステリック液晶を成膜
する支持体上にポリイミド配向膜を塗布、乾燥し、ラビ
ングによる表面処理を行う。これにより、ポリイミド配
向膜が形成される。この上に、低分子コレステリック液
晶、又はネマチック液晶とねじれを発現させるカイラル
剤の混合物、高分子モノマー、光重合開始剤を有機溶剤
で混合させた調整液により塗布した後、適当な温度で配
向させる。その後、必要な部分に紫外線を露光して光重
合させ、現像により不要部分を除去する。最後に高温ベ
ークを行って安定させる。ねじれ方向及び反射入射角度
を制御するためには、コレステリック液晶、カイラル
剤、及び各々の濃度を適宜変更すればよい。
【０１９５】また、高分子コレステリック液晶を用いて
成膜することも可能である。この場合は、上記同様にポ
リイミド配向膜の上に高分子コレステリック液晶と光重
合開始剤を有機溶媒で混合させた調整液により塗布した
後、適当な温度で配向させ、必要な部分に紫外線を露光
して光重合させる。反射入射角度は、配向温度を適宜選
択することで制御でき、光重合により安定化する。
成膜することも可能である。この場合は、上記同様にポ
リイミド配向膜の上に高分子コレステリック液晶と光重
合開始剤を有機溶媒で混合させた調整液により塗布した
後、適当な温度で配向させ、必要な部分に紫外線を露光
して光重合させる。反射入射角度は、配向温度を適宜選
択することで制御でき、光重合により安定化する。
【０１９６】ここで、この構成の光路を選択する光学要
素１３による分光透過率を図２０に示した。このコレス
テリック液晶層は、左ねじれコレステリック液晶層と右
ねじれ液晶層を重ねた例で、反射波長域では全偏光成分
を反射する。入射角が全反射臨界角度θC以下のθ0（図
７参照）の場合では分光透過率が入射光の波長域λiS〜
λiLに対して略０％となって遮光状態となるが、入射角
が全反射臨界角θCより大きい角度で、θ1，θ2，θ3と
大きくなるに従って、分光透過率の透過特性が短波長側
にシフトするため透過光量が増加する。これにより、入
射光の入射角度成分がθ0の光は透過せず、入射角度成
分が特定の角度より大きいθ1，θ2，θ3の光がこの順
に多く透過するようになる。そこで、光学要素１２の分
光特性を所定の界面における全反射臨界角θCより大き
い入射光成分だけが透過するように設計することによ
り、全反射条件を満足しない入射光成分を選択的に除去
して、全反射する入射光成分だけを光学要素１２から出
射させることが可能となる。
素１３による分光透過率を図２０に示した。このコレス
テリック液晶層は、左ねじれコレステリック液晶層と右
ねじれ液晶層を重ねた例で、反射波長域では全偏光成分
を反射する。入射角が全反射臨界角度θC以下のθ0（図
７参照）の場合では分光透過率が入射光の波長域λiS〜
λiLに対して略０％となって遮光状態となるが、入射角
が全反射臨界角θCより大きい角度で、θ1，θ2，θ3と
大きくなるに従って、分光透過率の透過特性が短波長側
にシフトするため透過光量が増加する。これにより、入
射光の入射角度成分がθ0の光は透過せず、入射角度成
分が特定の角度より大きいθ1，θ2，θ3の光がこの順
に多く透過するようになる。そこで、光学要素１２の分
光特性を所定の界面における全反射臨界角θCより大き
い入射光成分だけが透過するように設計することによ
り、全反射条件を満足しない入射光成分を選択的に除去
して、全反射する入射光成分だけを光学要素１２から出
射させることが可能となる。
【０１９７】この構成によれば、前述の光干渉フィルタ
を用いた場合と同様な作用効果が得られると共に、より
低コストで光路を選択する光学要素１３を実現すること
ができる。
を用いた場合と同様な作用効果が得られると共に、より
低コストで光路を選択する光学要素１３を実現すること
ができる。
【０１９８】また、コレステリック液晶層３０について
は、その螺旋構造が右ねじれの場合、右円偏光成分の光
を反射し、螺旋に沿った左円偏光成分の光を透過させ
る。一方、螺旋構造が左ねじれの場合、左円偏光成分の
光を反射し、右円偏光成分の光を透過させる。従って、
全偏光成分の光を反射、即ち、透過させない場合は、左
ねじれ（又は右ねじれ）コレステリック層と逆の右ねじ
れ（左ねじれ）コレステリック層を順次重ねる構造にす
ることにより、全偏光を反射させることができる。
は、その螺旋構造が右ねじれの場合、右円偏光成分の光
を反射し、螺旋に沿った左円偏光成分の光を透過させ
る。一方、螺旋構造が左ねじれの場合、左円偏光成分の
光を反射し、右円偏光成分の光を透過させる。従って、
全偏光成分の光を反射、即ち、透過させない場合は、左
ねじれ（又は右ねじれ）コレステリック層と逆の右ねじ
れ（左ねじれ）コレステリック層を順次重ねる構造にす
ることにより、全偏光を反射させることができる。
【０１９９】上記コレステリック液晶以外で、ブラッグ
反射の機能を有する光学要素としては体積ホログラムが
有効である。体積ホログラムはフィルム内に形成された
格子状の屈折率分布によりブラッグ反射機能を有し、特
定の波長を反射する。また、入射角が大きくなると反射
波長は短波側にシフトし、光路選択膜として機能する。
体積ホログラムは、ホログラム用写真感材、相分離型フ
ォトポリマー、ＨＰＤＬＣ（ホログラフィック高分子分
散液晶）、フォトリソグラフィ材料等を感光材料とし、
これに多光束干渉露光を行うことにより形成可能であ
る。
反射の機能を有する光学要素としては体積ホログラムが
有効である。体積ホログラムはフィルム内に形成された
格子状の屈折率分布によりブラッグ反射機能を有し、特
定の波長を反射する。また、入射角が大きくなると反射
波長は短波側にシフトし、光路選択膜として機能する。
体積ホログラムは、ホログラム用写真感材、相分離型フ
ォトポリマー、ＨＰＤＬＣ（ホログラフィック高分子分
散液晶）、フォトリソグラフィ材料等を感光材料とし、
これに多光束干渉露光を行うことにより形成可能であ
る。
【０２００】次に、前述の光干渉フィルタやブラッグ反
射フィルタを用いることなく、さらに単純で安価な構成
で全反射光学部材を形成した本発明の第６実施形態を説
明する。本実施形態においては、全反射光学部材がプリ
ズムを用いて形成されている。この場合の全反射光学部
材の構成例を図２１に示した。本変形例の全反射光学部
材３は、凹凸面を入射光導入側に有するマイクロプリズ
ムアレイ６４からなる。図２１（ａ）にマイクロプリズ
ムアレイ６４を光の入射面側から見た平面図を、図２１
（ｂ）に（ａ）のＰ−Ｐ断面における断面図を示した。
マイクロプリズムアレイ６４は、平板状であって、その
上面を平滑な全反射面６６とする一方、下面を断面山型
の凹凸からなるプリズム６８を平行に複数配列した形状
となっている。
射フィルタを用いることなく、さらに単純で安価な構成
で全反射光学部材を形成した本発明の第６実施形態を説
明する。本実施形態においては、全反射光学部材がプリ
ズムを用いて形成されている。この場合の全反射光学部
材の構成例を図２１に示した。本変形例の全反射光学部
材３は、凹凸面を入射光導入側に有するマイクロプリズ
ムアレイ６４からなる。図２１（ａ）にマイクロプリズ
ムアレイ６４を光の入射面側から見た平面図を、図２１
（ｂ）に（ａ）のＰ−Ｐ断面における断面図を示した。
マイクロプリズムアレイ６４は、平板状であって、その
上面を平滑な全反射面６６とする一方、下面を断面山型
の凹凸からなるプリズム６８を平行に複数配列した形状
となっている。
【０２０１】このマイクロプリズムアレイ６４の材料と
しては、ガラス、樹脂等を用いることができ、特に量産
性からは樹脂が好ましい。樹脂としては、アクリル系、
エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ス
チレン系、塩化ビニル系等が光学的に好ましく、さら
に、樹脂材料には、光硬化型、光溶解型、熱硬化型、熱
可塑型等があり、適宜選択可能である。
しては、ガラス、樹脂等を用いることができ、特に量産
性からは樹脂が好ましい。樹脂としては、アクリル系、
エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ス
チレン系、塩化ビニル系等が光学的に好ましく、さら
に、樹脂材料には、光硬化型、光溶解型、熱硬化型、熱
可塑型等があり、適宜選択可能である。
【０２０２】マイクロプリズムアレイ６４の製法として
は、金型によるキャスト法や加熱プレス成形、射出成
形、印刷法又はフォトリソグラフィ法が生産性から好ま
しい。具体的には、熱可塑性樹脂をマイクロプリズム形
状の金型でプレスすることにより成形可能である。ま
た、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を金型に充填し、そ
の後、光又は熱によって樹脂を硬化させ、金型から取り
外すことでも成形可能である。
は、金型によるキャスト法や加熱プレス成形、射出成
形、印刷法又はフォトリソグラフィ法が生産性から好ま
しい。具体的には、熱可塑性樹脂をマイクロプリズム形
状の金型でプレスすることにより成形可能である。ま
た、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を金型に充填し、そ
の後、光又は熱によって樹脂を硬化させ、金型から取り
外すことでも成形可能である。
【０２０３】フォトリソグラフィ法としては、光溶解樹
脂又は光硬化性樹脂に適宜パターニングされた遮光マス
クを介して紫外線（又は可視光線）を露光し、それぞれ
露光部の溶解現像又は未露光部の溶解現像を行うことに
より形成される。樹脂材料と露光量分布により所望の形
状のマイクロプリズムを得ることが可能である。また、
樹脂材料によっては、現像後に高温ベーク処理を行い、
熱軟化時の表面張力により所望の形状のマイクロプリズ
ムアレイ６４を得ることが可能である。また、入射光は
特定の入射角度範囲に収まった面状の光であり、図２１
（ｂ）に示すように、入射角θiで全反射光学部材３に
入射させている。
脂又は光硬化性樹脂に適宜パターニングされた遮光マス
クを介して紫外線（又は可視光線）を露光し、それぞれ
露光部の溶解現像又は未露光部の溶解現像を行うことに
より形成される。樹脂材料と露光量分布により所望の形
状のマイクロプリズムを得ることが可能である。また、
樹脂材料によっては、現像後に高温ベーク処理を行い、
熱軟化時の表面張力により所望の形状のマイクロプリズ
ムアレイ６４を得ることが可能である。また、入射光は
特定の入射角度範囲に収まった面状の光であり、図２１
（ｂ）に示すように、入射角θiで全反射光学部材３に
入射させている。
【０２０４】本実施形態の全反射光学部材３によれば、
マイクロプリズムアレイ６４周囲の媒質１６が空気（屈
折率ｎ２＝１）で、マイクロプリズムアレイ６４が透明
樹脂（屈折率ｎ３＝１．５）からなる場合、全反射面５
２における全反射臨界角θCは、前述の（１）式と同様
にして求められ、４２［deg］となる。そこで、本実施
形態では、全反射面５２に対する入射角θをθ≧θCと
するために、プリズムの頂角αは９０［deg］前後で、
左右開き角は４５［deg］前後に設定している。この場
合、入射光がプリズム外部から入射されるとき、その入
射光の入射角θiは４５［deg］前後となる。この条件下
では、光学的ケラレも実質的になく、高効率で入射光を
全反射面５２で全反射させることができる。なお、プリ
ズムの頂角αはこれに限定されることはない。このよう
に、容易に且つ安価に量産可能なマイクロプリズムアレ
イ６４を用いて、面状に照射される入射光を導入するこ
とにより、導入された入射光の実質的全てを全反射させ
ることができる。
マイクロプリズムアレイ６４周囲の媒質１６が空気（屈
折率ｎ２＝１）で、マイクロプリズムアレイ６４が透明
樹脂（屈折率ｎ３＝１．５）からなる場合、全反射面５
２における全反射臨界角θCは、前述の（１）式と同様
にして求められ、４２［deg］となる。そこで、本実施
形態では、全反射面５２に対する入射角θをθ≧θCと
するために、プリズムの頂角αは９０［deg］前後で、
左右開き角は４５［deg］前後に設定している。この場
合、入射光がプリズム外部から入射されるとき、その入
射光の入射角θiは４５［deg］前後となる。この条件下
では、光学的ケラレも実質的になく、高効率で入射光を
全反射面５２で全反射させることができる。なお、プリ
ズムの頂角αはこれに限定されることはない。このよう
に、容易に且つ安価に量産可能なマイクロプリズムアレ
イ６４を用いて、面状に照射される入射光を導入するこ
とにより、導入された入射光の実質的全てを全反射させ
ることができる。
【０２０５】なお、このマイクロプリズムアレイ６４の
光路前方にガラスや樹脂等の透明媒質を設けた構成とし
てもよい。この場合の全反射光学部材の断面構成を図２
２に示した。この構成によれば、面状の入射光がマイク
ロプリズムアレイ６４に照射され、マイクロプリズムア
レイ６４によりプリズムの頂角α等により設定される所
定の入射角度成分の入射光が透明媒質７０内に導入され
る。そして、導入された入射光は高効率で透明媒質７０
の全反射面７２で全反射される。このため、前記同様に
導入された入射光の実質的全てを透明媒質７０の全反射
面７２で全反射させることができる。
光路前方にガラスや樹脂等の透明媒質を設けた構成とし
てもよい。この場合の全反射光学部材の断面構成を図２
２に示した。この構成によれば、面状の入射光がマイク
ロプリズムアレイ６４に照射され、マイクロプリズムア
レイ６４によりプリズムの頂角α等により設定される所
定の入射角度成分の入射光が透明媒質７０内に導入され
る。そして、導入された入射光は高効率で透明媒質７０
の全反射面７２で全反射される。このため、前記同様に
導入された入射光の実質的全てを透明媒質７０の全反射
面７２で全反射させることができる。
【０２０６】さらに、このマイクロプリズムアレイ６４
と透明媒質７０とを接合した構造体の光路前方にマイク
ロプリズムアレイ６４の光入射角に応じた角度に光路を
変化させる光学要素を設けて全反射光学部材を構成する
こともできる。この場合の全反射光学部材３の断面構成
を図２３に示した。全反射光学部材３は、入射光の導入
側から、ガラス基板や透明樹脂等の透明媒質１４、透過
型回折格子等の光路を変化させる光学要素１０、マイク
ロプリズムアレイ６４，透明媒質７０の順で積層され
る。そして、入射光は特定の入射角度範囲に収まった面
状の光である。光路を変化させる光学要素１０は、透過
型回折格子とした場合、好ましくは体積ホログラムを使
用できるが、レリーフ型回折格子や屈折率分布型回折格
子若しくは振幅変調型回折格子であってもよい。
と透明媒質７０とを接合した構造体の光路前方にマイク
ロプリズムアレイ６４の光入射角に応じた角度に光路を
変化させる光学要素を設けて全反射光学部材を構成する
こともできる。この場合の全反射光学部材３の断面構成
を図２３に示した。全反射光学部材３は、入射光の導入
側から、ガラス基板や透明樹脂等の透明媒質１４、透過
型回折格子等の光路を変化させる光学要素１０、マイク
ロプリズムアレイ６４，透明媒質７０の順で積層され
る。そして、入射光は特定の入射角度範囲に収まった面
状の光である。光路を変化させる光学要素１０は、透過
型回折格子とした場合、好ましくは体積ホログラムを使
用できるが、レリーフ型回折格子や屈折率分布型回折格
子若しくは振幅変調型回折格子であってもよい。
【０２０７】この構成によれば、コリメート光である面
状の入射光が全反射光学部材３に照射されると、入射光
は透明媒質１４を透過して、光路を変化させる光学要素
１０によりマイクロプリズムアレイ６４の頂角α等によ
り設定される所定の入射角度成分の光に光路が変換され
る。即ち、透明媒質７０の全反射面７２における全反射
条件を満足する角度に光路が変換される。換言すると、
光路を変化させる光学要素１０は、入射光が透明媒質７
０の全反射面７２で全反射する入射角度となるように設
計されている。このように、導入される入射光を透明媒
質７０の全反射面７２で全反射させることが可能とな
る。
状の入射光が全反射光学部材３に照射されると、入射光
は透明媒質１４を透過して、光路を変化させる光学要素
１０によりマイクロプリズムアレイ６４の頂角α等によ
り設定される所定の入射角度成分の光に光路が変換され
る。即ち、透明媒質７０の全反射面７２における全反射
条件を満足する角度に光路が変換される。換言すると、
光路を変化させる光学要素１０は、入射光が透明媒質７
０の全反射面７２で全反射する入射角度となるように設
計されている。このように、導入される入射光を透明媒
質７０の全反射面７２で全反射させることが可能とな
る。
【０２０８】ここで、上記各実施形態に用いられる全反
射光学部材２の他の構成例を図２４を用いて簡単に説明
する。まず、図２４（ａ）に示す全反射光学部材は、入
射光の導入側から、光路を変化させる光学要素１０、全
反射面を有する透明媒質１４がこの順で積層された構造
体である。この全反射光学部材は、透明媒質１４の光路
前方の全反射面２２で入射光が全反射されるように光路
を変化させる光学要素１０が設計されている。この全反
射光学部材によれば、入射光が照射されると、光路を変
化させる光学要素１０によって、透明媒質１４の全反射
面で全反射する入射角度成分に光路が変更される。この
光路を変更された透過光が全反射面２２で全反射され
る。
射光学部材２の他の構成例を図２４を用いて簡単に説明
する。まず、図２４（ａ）に示す全反射光学部材は、入
射光の導入側から、光路を変化させる光学要素１０、全
反射面を有する透明媒質１４がこの順で積層された構造
体である。この全反射光学部材は、透明媒質１４の光路
前方の全反射面２２で入射光が全反射されるように光路
を変化させる光学要素１０が設計されている。この全反
射光学部材によれば、入射光が照射されると、光路を変
化させる光学要素１０によって、透明媒質１４の全反射
面で全反射する入射角度成分に光路が変更される。この
光路を変更された透過光が全反射面２２で全反射され
る。
【０２０９】次に、図２４（ｂ）に示す全反射光学部材
は、入射光の導入側から、光路を変化させる光学要素１
０、透明媒質１４、全反射面を有する光路を選択する光
学要素１２がこの順で積層された構造体である。この全
反射光学部材は、光路を選択する光学要素１２の光路前
方の全反射面で入射光が全反射されるように光路を変化
させる光学要素１２が設計されている。この全反射光学
部材によれば、入射光が照射されると、光路を変化させ
る光学要素１０によって入射光の光路が変更される。こ
れにより、全反射面で全反射する入射角成分となった光
は、光路を選択する光学要素１２に導入されて全反射面
で全反射される。一方、これ以外の入射角成分の光は、
光路を選択する光学要素１２に導入されずに選択的に反
射され、入射光導入側に戻される。
は、入射光の導入側から、光路を変化させる光学要素１
０、透明媒質１４、全反射面を有する光路を選択する光
学要素１２がこの順で積層された構造体である。この全
反射光学部材は、光路を選択する光学要素１２の光路前
方の全反射面で入射光が全反射されるように光路を変化
させる光学要素１２が設計されている。この全反射光学
部材によれば、入射光が照射されると、光路を変化させ
る光学要素１０によって入射光の光路が変更される。こ
れにより、全反射面で全反射する入射角成分となった光
は、光路を選択する光学要素１２に導入されて全反射面
で全反射される。一方、これ以外の入射角成分の光は、
光路を選択する光学要素１２に導入されずに選択的に反
射され、入射光導入側に戻される。
【０２１０】さらに、図２４（ｃ）に示す全反射光学部
材は、図２４（ｂ）に示す全反射光学部材の光路前方に
透明媒質１４の屈折率より低い屈折率を有する透明媒質
２４を設けた構成としている。この場合は、光路を選択
する光学要素１２が透明媒質２４の光路前方の全反射面
で入射光を全反射するように設計されている。この全反
射光学部材によれば、光路を変化させる光学要素１０と
透明媒質１４を通じて入射光が導入されると、光路を選
択する光学要素１２に導入された入射光が、透明媒質２
４の光路前方の全反射面で全反射される。一方、これ以
外の入射角成分の光は、光路を選択する光学要素１２に
導入されずに選択的に反射され、入射光導入側に戻され
る
材は、図２４（ｂ）に示す全反射光学部材の光路前方に
透明媒質１４の屈折率より低い屈折率を有する透明媒質
２４を設けた構成としている。この場合は、光路を選択
する光学要素１２が透明媒質２４の光路前方の全反射面
で入射光を全反射するように設計されている。この全反
射光学部材によれば、光路を変化させる光学要素１０と
透明媒質１４を通じて入射光が導入されると、光路を選
択する光学要素１２に導入された入射光が、透明媒質２
４の光路前方の全反射面で全反射される。一方、これ以
外の入射角成分の光は、光路を選択する光学要素１２に
導入されずに選択的に反射され、入射光導入側に戻され
る
【０２１１】次に、図２４（ｄ）に示す全反射光学部材
は、入射光の導入側から、光路を選択する光学要素１
２、全反射面を有する透明媒質１４がこの順で積層され
た構造体である。この全反射光学部材は、透明媒質１４
の光路前方の全反射面で入射光が全反射されるように光
路を選択する光学要素１２が設計されている。この全反
射光学部材によれば、入射光が照射されると、光路を選
択する光学要素１２によって、透明媒質１４の全反射面
で全反射する入射角度成分の光だけがこの光学要素１２
が透過される。この透過光が全反射面で全反射される。
一方、全反射条件を満足しない入射光成分は、光路を選
択する光学要素１２で選択的に反射され、実質的に全反
射光学部材を透過することはない。
は、入射光の導入側から、光路を選択する光学要素１
２、全反射面を有する透明媒質１４がこの順で積層され
た構造体である。この全反射光学部材は、透明媒質１４
の光路前方の全反射面で入射光が全反射されるように光
路を選択する光学要素１２が設計されている。この全反
射光学部材によれば、入射光が照射されると、光路を選
択する光学要素１２によって、透明媒質１４の全反射面
で全反射する入射角度成分の光だけがこの光学要素１２
が透過される。この透過光が全反射面で全反射される。
一方、全反射条件を満足しない入射光成分は、光路を選
択する光学要素１２で選択的に反射され、実質的に全反
射光学部材を透過することはない。
【０２１２】次に、図２４（ｅ）に示す全反射光学部材
は、入射光の導入側から光路を変化させる光学要素１
０、光学的接着層となる光学的接続媒質１８、光路を選
択する光学要素１２、透明媒質１４がこの順で積層され
た構造体である。この全反射光学部材によれば、入射光
が照射されると、光路を変化させる光学要素１０によっ
て透明媒質１４の全反射面で全反射する入射角度成分に
光路が変化される。この光路が変化された光が全反射面
で全反射する。一方、全反射条件を満足しない入射光成
分は、光路を選択する光学要素１２で選択的に反射さ
れ、実質的に全反射光学部材を透過することはない。
は、入射光の導入側から光路を変化させる光学要素１
０、光学的接着層となる光学的接続媒質１８、光路を選
択する光学要素１２、透明媒質１４がこの順で積層され
た構造体である。この全反射光学部材によれば、入射光
が照射されると、光路を変化させる光学要素１０によっ
て透明媒質１４の全反射面で全反射する入射角度成分に
光路が変化される。この光路が変化された光が全反射面
で全反射する。一方、全反射条件を満足しない入射光成
分は、光路を選択する光学要素１２で選択的に反射さ
れ、実質的に全反射光学部材を透過することはない。
【０２１３】次に、図２４（ｆ）に示す全反射光学部材
は、入射光の導入側から透明媒質１４、光路を変化させ
る光学要素１０、光路を選択する光学要素１２がこの順
で積層された構造体である。この全反射光学部材によれ
ば、入射光が照射されると、透明媒質１４を通して光路
を変化させる光学要素１０に入射光が導入され、光路を
変化させる光学要素１０によって全反射面で全反射する
入射角度成分に光路が変化される。一方、全反射条件を
満足しない入射光成分は、光路を選択する光学要素１２
で選択的に反射され、実質的に全反射光学部材を透過す
ることはない。
は、入射光の導入側から透明媒質１４、光路を変化させ
る光学要素１０、光路を選択する光学要素１２がこの順
で積層された構造体である。この全反射光学部材によれ
ば、入射光が照射されると、透明媒質１４を通して光路
を変化させる光学要素１０に入射光が導入され、光路を
変化させる光学要素１０によって全反射面で全反射する
入射角度成分に光路が変化される。一方、全反射条件を
満足しない入射光成分は、光路を選択する光学要素１２
で選択的に反射され、実質的に全反射光学部材を透過す
ることはない。
【０２１４】上記各構成の全反射光学部材であっても、
前述した各実施形態の全反射光学部材に適用でき、同様
の作用効果を奏することができる。なお、全反射光学部
材の層構成は、上述の主旨に添った機能を奏すれば、特
に限定されるものではない。
前述した各実施形態の全反射光学部材に適用でき、同様
の作用効果を奏することができる。なお、全反射光学部
材の層構成は、上述の主旨に添った機能を奏すれば、特
に限定されるものではない。
【０２１５】ここで、全反射光学部材の具体的な一構成
例と、その構成例における光学部材の分光透過率をシミ
ュレーションにより求めた結果を説明する。図２５に全
反射光学部材の一構成例を示した。この場合の全反射光
学部材は、入射光の導入側から、光路を変化させる光学
要素としての光拡散フィルム（屈折率ｎ＝１．５）、光
路を選択する光学要素としての誘電体多層膜、ガラス基
板（屈折率ｎ＝１．５）の順に積層されている。なお、
ガラス基板の光路前方には、空気（屈折率ｎ＝１．０）
が存在する。誘電体多層膜は、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／…／
ＳｉＯ2／ＴｉＯ2なる２９層構造の多層膜とし、各層の
光学厚は１／４λ（ただし、波長λ＝４４０［nm］）に
設定した。また、入射光は、図２６に示す波長λ＝３５
０〜４００［nm］のＵＶ光源を用いた。そして、この場
合の全反射臨界角θCは約４０［deg］となる。
例と、その構成例における光学部材の分光透過率をシミ
ュレーションにより求めた結果を説明する。図２５に全
反射光学部材の一構成例を示した。この場合の全反射光
学部材は、入射光の導入側から、光路を変化させる光学
要素としての光拡散フィルム（屈折率ｎ＝１．５）、光
路を選択する光学要素としての誘電体多層膜、ガラス基
板（屈折率ｎ＝１．５）の順に積層されている。なお、
ガラス基板の光路前方には、空気（屈折率ｎ＝１．０）
が存在する。誘電体多層膜は、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／…／
ＳｉＯ2／ＴｉＯ2なる２９層構造の多層膜とし、各層の
光学厚は１／４λ（ただし、波長λ＝４４０［nm］）に
設定した。また、入射光は、図２６に示す波長λ＝３５
０〜４００［nm］のＵＶ光源を用いた。そして、この場
合の全反射臨界角θCは約４０［deg］となる。
【０２１６】上記条件の下で光学部材（誘電体多層膜）
の分光透過率を求めたところ、図２７、図２８に示す結
果を得た。図２７は波長λに対する分光透過率Ｔの変化
を入射角θ毎に示したグラフで、図２８は入射角θに対
する分光透過率Ｔを波長λ毎に示したグラフである。図
２７（ａ）に示すように、入射角θが０［deg］の場合
は、ＵＶ光源の波長域における分光透過率Ｔが略０
［％］となっており、光学部材から透過されることはな
い。また、図２７（ｂ）に示す入射角θが全反射臨界角
θCの直前となる４０［deg］の場合も光学部材から透過
されることはない。図２７（ｃ）に示す入射角θが７０
［deg］の場合は、Ｐ波に対しては略１００［％］の分
光透過率で、Ｓ波に対しては略０［％］となり、Ｐ波と
Ｓ波の平均は約５０［％］となっている。
の分光透過率を求めたところ、図２７、図２８に示す結
果を得た。図２７は波長λに対する分光透過率Ｔの変化
を入射角θ毎に示したグラフで、図２８は入射角θに対
する分光透過率Ｔを波長λ毎に示したグラフである。図
２７（ａ）に示すように、入射角θが０［deg］の場合
は、ＵＶ光源の波長域における分光透過率Ｔが略０
［％］となっており、光学部材から透過されることはな
い。また、図２７（ｂ）に示す入射角θが全反射臨界角
θCの直前となる４０［deg］の場合も光学部材から透過
されることはない。図２７（ｃ）に示す入射角θが７０
［deg］の場合は、Ｐ波に対しては略１００［％］の分
光透過率で、Ｓ波に対しては略０［％］となり、Ｐ波と
Ｓ波の平均は約５０［％］となっている。
【０２１７】また、図２８（ａ）に示すように、ＵＶ光
源の波長域における短波長側の波長λ＝３５０［deg］
の場合は、Ｐ波に対しては入射角θが約５０［deg］以
上から分光透過率が向上しており、図２８（ｂ）に示す
中心波長λ＝３７５［nm］の場合は、入射角θが約４６
［deg］以上から分光透過率が向上し、さらに、図２８
（ｃ）に示す長波長側の波長λ＝４００［nm］の場合
は、入射角θが約４２［deg］以上から分光透過率が向
上している。従って、Ｐ波を用いて光学部材で全反射さ
せたり、光学部材の諸条件を変更してＳ波の分光特性を
Ｐ波に近い特性に適宜設計することにより、ＵＶ光源の
波長域の入射光を、その入射角θが全反射臨界角θC以
下の角度では選択的に反射させ、且つ、全反射臨界角θ
Cより大きい角度では透過させることができる。これに
より、光学部材の誘電体多層膜を光路を選択する光学要
素ｓとして実用上十分に機能させることができる。
源の波長域における短波長側の波長λ＝３５０［deg］
の場合は、Ｐ波に対しては入射角θが約５０［deg］以
上から分光透過率が向上しており、図２８（ｂ）に示す
中心波長λ＝３７５［nm］の場合は、入射角θが約４６
［deg］以上から分光透過率が向上し、さらに、図２８
（ｃ）に示す長波長側の波長λ＝４００［nm］の場合
は、入射角θが約４２［deg］以上から分光透過率が向
上している。従って、Ｐ波を用いて光学部材で全反射さ
せたり、光学部材の諸条件を変更してＳ波の分光特性を
Ｐ波に近い特性に適宜設計することにより、ＵＶ光源の
波長域の入射光を、その入射角θが全反射臨界角θC以
下の角度では選択的に反射させ、且つ、全反射臨界角θ
Cより大きい角度では透過させることができる。これに
より、光学部材の誘電体多層膜を光路を選択する光学要
素ｓとして実用上十分に機能させることができる。
【０２１８】なお、前述では誘電体多層膜の例としてＴ
ｉＯ2／ＳｉＯ2からなる多層膜を挙げたが、対象とする
光の波長に対して適宜その材料を選択することが好まし
い。例えば、可視光、赤外線に対しては、 ・高い屈折率材料（屈折率が概ね１．８以上の材料）と
して、 ＴｉＯ2，ＣｅＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2，Ｓｂ2Ｏ3，Ｈ
ｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3，ＺｎＯ，Ｎｂ2Ｏ5 ・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８
の材料）として、 ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＣｅＦ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3 ・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）と
して、 ＳｉＯ2，ＡｌＦ3，ＭｇＦ2，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，
ＬｉＦ，ＣａＦ2，ＢａＦ2 等が好ましい。
ｉＯ2／ＳｉＯ2からなる多層膜を挙げたが、対象とする
光の波長に対して適宜その材料を選択することが好まし
い。例えば、可視光、赤外線に対しては、 ・高い屈折率材料（屈折率が概ね１．８以上の材料）と
して、 ＴｉＯ2，ＣｅＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2，Ｓｂ2Ｏ3，Ｈ
ｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3，ＺｎＯ，Ｎｂ2Ｏ5 ・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８
の材料）として、 ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＣｅＦ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3 ・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）と
して、 ＳｉＯ2，ＡｌＦ3，ＭｇＦ2，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，
ＬｉＦ，ＣａＦ2，ＢａＦ2 等が好ましい。
【０２１９】紫外線に対しては、
・高い屈折率材料（屈折率が概ね１．８以上の材料）と
して、 ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3 又は、 ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2 （但し、光の波長が概ね３６０ｎｍ〜４００ｎｍ） ・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８
の材料）として、 ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3 ・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）と
して、 ＳｉＯ2，ＡｌＦ3，ＭｇＦ2，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，
ＬｉＦ，ＣａＦ2 等が好ましい。
して、 ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3 又は、 ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2 （但し、光の波長が概ね３６０ｎｍ〜４００ｎｍ） ・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８
の材料）として、 ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3 ・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）と
して、 ＳｉＯ2，ＡｌＦ3，ＭｇＦ2，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，
ＬｉＦ，ＣａＦ2 等が好ましい。
【０２２０】
【発明の効果】本発明に係る光変調素子によれば、光変
調素子へ面状に導入した入射光の少なくとも一部が光変
調素子の構成する層の界面で全反射する一方、入射光導
入側の反対側からは入射光が実質的に出射しない特性を
有する全反射光学部材と、この全反射光学部材の全反射
面側に配設すると共に全反射面から入射光を選択的に結
合させて取り出す光結合要素とを備えることにより、面
状に導入された入射光が全反射光学部材に照射されたと
きに、入射光が全反射光学部材内に導入され、その導入
された入射光の少なくとも一部が光変調素子の構成する
層の界面で全反射する一方、入射光導入側の反対側から
は入射光が実質的に出射されなくなる。この全反射光学
部材の全反射面に入射光を結合させて取り出す光結合要
素を選択的に近接配置することにより、近接配置された
光結合要素に全反射光が取り出されて入射光光路前方に
出射される。これにより、面状の入射光を面状のまま高
効率で光変調素子に導入でき、光結合要素の近接配置状
態に応じた選択的な光変調が行える。従って、導波路や
導光板を用いた表示方式を用いることなく、エネルギ効
率を高めた光変調が可能となる。
調素子へ面状に導入した入射光の少なくとも一部が光変
調素子の構成する層の界面で全反射する一方、入射光導
入側の反対側からは入射光が実質的に出射しない特性を
有する全反射光学部材と、この全反射光学部材の全反射
面側に配設すると共に全反射面から入射光を選択的に結
合させて取り出す光結合要素とを備えることにより、面
状に導入された入射光が全反射光学部材に照射されたと
きに、入射光が全反射光学部材内に導入され、その導入
された入射光の少なくとも一部が光変調素子の構成する
層の界面で全反射する一方、入射光導入側の反対側から
は入射光が実質的に出射されなくなる。この全反射光学
部材の全反射面に入射光を結合させて取り出す光結合要
素を選択的に近接配置することにより、近接配置された
光結合要素に全反射光が取り出されて入射光光路前方に
出射される。これにより、面状の入射光を面状のまま高
効率で光変調素子に導入でき、光結合要素の近接配置状
態に応じた選択的な光変調が行える。従って、導波路や
導光板を用いた表示方式を用いることなく、エネルギ効
率を高めた光変調が可能となる。
【０２２１】本発明に係る表示素子は、上記光変調素子
と平面光源とを備えることにより、平面光源から出射さ
れる入射光を光変調素子に導入することで、光変調素子
の全反射光学部材に導入された光を光結合要素により光
変調して光路前方へ選択的に出射することができる。こ
れにより、高効率且つ高品位で所望の表示を行うことが
できる。
と平面光源とを備えることにより、平面光源から出射さ
れる入射光を光変調素子に導入することで、光変調素子
の全反射光学部材に導入された光を光結合要素により光
変調して光路前方へ選択的に出射することができる。こ
れにより、高効率且つ高品位で所望の表示を行うことが
できる。
【０２２２】本発明に係る露光素子は、上記表示素子を
用い、予め設定された露光データに基づき光変調するこ
とで、露光対象に向けて選択的に光が出射され、露光対
象に露光処理を施すことができる。
用い、予め設定された露光データに基づき光変調するこ
とで、露光対象に向けて選択的に光が出射され、露光対
象に露光処理を施すことができる。
【図１】本発明に係る光変調素子の搭載された表示素子
の概略的な構成を示す図である。
の概略的な構成を示す図である。
【図２】全反射光学部材の具体的な一構成例を示す図で
ある。
ある。
【図３】透過型の回折格子を示す図であって、（ａ）は
体積ホログラム、（ｂ）はレリーフ型回折格子、（ｃ）
は屈折率変調型回折格子である。
体積ホログラム、（ｂ）はレリーフ型回折格子、（ｃ）
は屈折率変調型回折格子である。
【図４】光拡散板を示す図であって、（ａ）は多孔質
体、（ｂ）は異なる屈折率を有する物質が分布・分散し
た異種屈折率分布体・分散体、（ｃ）は表面が凹凸に形
成された光拡散体又は散乱体である。
体、（ｂ）は異なる屈折率を有する物質が分布・分散し
た異種屈折率分布体・分散体、（ｃ）は表面が凹凸に形
成された光拡散体又は散乱体である。
【図５】光干渉フィルタの層構成を示す図である。
【図６】光路を変化させる光学要素、光路を選択する光
学要素、透明媒質ｕ、透明媒質ｖ、全反射面の前方側の
透明媒質ｗがこの順で配置された光学素子に対し、各界
面における入射角と各媒質の平均屈折率の関係を示す図
である。
学要素、透明媒質ｕ、透明媒質ｖ、全反射面の前方側の
透明媒質ｗがこの順で配置された光学素子に対し、各界
面における入射角と各媒質の平均屈折率の関係を示す図
である。
【図７】光を選択する光学要素への入射光の入射角度を
示す図である。
示す図である。
【図８】入射光の波長に対する、光路を選択する光学要
素の分光透過率を入射角毎に示したグラフである。
素の分光透過率を入射角毎に示したグラフである。
【図９】光路を選択する光学要素内外の光路を示す図で
ある。
ある。
【図１０】屈折により光路を変更する光結合要素を示す
図であって、（ａ）はレンズアレイ、（ｂ）はプリズム
アレイ、（ｃ）は屈折率分布レンズ体である。
図であって、（ａ）はレンズアレイ、（ｂ）はプリズム
アレイ、（ｃ）は屈折率分布レンズ体である。
【図１１】取り出した光を拡散又は散乱させる光結合要
素を示す図であって、（ａ）は多孔質体、（ｂ）は高屈
折率微粒子等の異なる屈折率を有する物質の分散体又は
分布体、（ｃ）は表面に凹凸が形成された光拡散体又は
光散乱体である。
素を示す図であって、（ａ）は多孔質体、（ｂ）は高屈
折率微粒子等の異なる屈折率を有する物質の分散体又は
分布体、（ｃ）は表面に凹凸が形成された光拡散体又は
光散乱体である。
【図１２】可撓薄膜により形成した表示素子を２次元配
列した平面表示素子の平面図である。
列した平面表示素子の平面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ断面図で（ａ）は非駆動時、
（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。
（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。
【図１４】平面表示素子の表示側に蛍光体を配置した励
起発光型平面表示素子の平面図である。
起発光型平面表示素子の平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ断面図で（ａ）は非駆動時、
（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。
（ｂ）は駆動時の状態を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る励起発光型平面
表示素子であって、蛍光体を可撓薄膜上に形成した励起
発光型平面表示素子の一部を示す断面図である。
表示素子であって、蛍光体を可撓薄膜上に形成した励起
発光型平面表示素子の一部を示す断面図である。
【図１７】本発明の第５実施形態に係る光結合要素の概
念的な構成と、光変調作用を説明する図である。
念的な構成と、光変調作用を説明する図である。
【図１８】ＰＬＤＣを用いた光結合要素の概念的な構成
と、光変調作用を説明する図である。
と、光変調作用を説明する図である。
【図１９】光路を選択する光学要素を液晶膜により構成
した例を示す図である。
した例を示す図である。
【図２０】光路を選択する光学要素による分光透過率を
示す図である。
示す図である。
【図２１】本発明の第６実施形態に係る全反射光学部材
であって、プリズムを用いて形成した構成例を示す図で
ある。
であって、プリズムを用いて形成した構成例を示す図で
ある。
【図２２】マイクロプリズムアレイと透明媒質とを接合
した全反射光学部材の断面構成を示す図である。
した全反射光学部材の断面構成を示す図である。
【図２３】マイクロプリズムアレイと透明媒質とを接合
した構造体の光路前方に、マイクロプリズムアレイの光
入射角に応じた角度に光路を変化させる光学要素を設け
て構成した全反射光学部材の断面構成を示す図である。
した構造体の光路前方に、マイクロプリズムアレイの光
入射角に応じた角度に光路を変化させる光学要素を設け
て構成した全反射光学部材の断面構成を示す図である。
【図２４】全反射光学部材の他の構成例をそれぞれ示す
図である。
図である。
【図２５】全反射光学部材の具体的な一構成例例を示す
図である。
図である。
【図２６】入射光の波長域を示すグラフである。
【図２７】波長λに対する分光透過率Ｔの変化を入射角
θ毎に示したグラフである。
θ毎に示したグラフである。
【図２８】入射角θに対する分光透過率Ｔを波長λ毎に
示したグラフである。
示したグラフである。
【図２９】従来の導光板方式の平面表示素子の一部断面
図である。
図である。
【図３０】従来の平面表示素子の構成を示す図である。
【図３１】図３０の平面表示素子の動作を説明する図で
ある。
ある。
２，３ 全反射光学部材
４ 平面光源
５ ＵＶ光平面光源
６，７，８ 光結合要素
１０ 光路を変化させる光学要素
１２，１３ 光路を選択する光学要素
１４ 透明媒質
１６ 透明媒質（空気等）
２０ 異なる屈折率を有する物質
２２，５２，６６，７２ 全反射面
２６ 透明電極
２８ 配向層
３０ コレステリック液晶層
３２ 信号電極
３４ 走査電極
３８ 光拡散層
４０ 可撓薄膜
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 蛍光体
４４ 透明基板
４５ 前面板
４８ ブラックマトリクス
５０ 波長選択反射膜
５４ 液晶層
５６ ＰＬＤＣ層
６０ マイクロカプセル
６４ マイクロプリズムアレイ
６８ プリズム
７０ 透明媒質
１００ 表示素子
２００ 平面表示素子
３００，４００ 励起発光型平面表示素子
θ0，θ1，θ2，θ3 入射角
θC 全反射臨界角
λ 波長
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB38 AB40 AC06 AZ02
AZ08
2H088 EA20 EA31 EA32 EA33 EA44
GA03 GA10 HA10 HA21 HA23
HA25 HA28 JA05 JA09 JA11
KA05 MA01 MA02 MA03 MA06
2H091 FA00 FA50Z FB00 FB02
FD00 HA02 HA05 JA01 JA02
KA01 LA16 LA17
Claims (62)
- 【請求項１】 平面形状の光変調素子であって、 前記光変調素子へ導入した入射光の少なくとも一部が前
記光変調素子の構成する層の界面で全反射する一方、入
射光導入側の反対側からは前記入射光が実質的に出射し
ない特性を有する全反射光学部材と、 前記全反射光学部材の全反射面側に配設すると共に前記
全反射面から入射光を選択的に結合させて取り出す光結
合要素とを備えたことを特徴とする光変調素子。 - 【請求項２】 前記入射光が、面状の光であることを特
徴とする請求項１記載の光変調素子。 - 【請求項３】 前記光結合要素が、前記全反射面の入射
光全反射条件を変化させることで入射光を取り出すこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の光変調素子。 - 【請求項４】 前記光結合要素が、電気機械動作により
前記全反射光学部材の全反射面に近接可能に支持された
可撓薄膜からなることを特徴とする請求項１〜請求項３
のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項５】 前記電気機械動作が、静電気力を駆動源
とした動作であることを特徴とする請求項４記載の光変
調素子。 - 【請求項６】 前記光結合要素が、電界の印加により光
学特性を変化させる液晶を含む層からなることを特徴と
する請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光変調素
子。 - 【請求項７】 前記光結合要素が、前記全反射光学部材
上に１次元アレイ状に配列されていることを特徴とする
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項８】 前記光結合要素が、前記全反射光学部材
上に２次元アレイ状に配列されていることを特徴とする
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項９】 前記光結合要素が、パッシブマトリクス
駆動手段に接続されていることを特徴とする請求項８記
載の光変調素子。 - 【請求項１０】 前記光結合要素が、取り出した光の光
路を変化させる光路変更手段を有することを特徴とする
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項１１】 前記光路変更手段が、屈折により前記
取り出した光の光路を変化させることを特徴とする請求
項１０記載の光変調素子。 - 【請求項１２】 前記光路変更手段が、レンズアレイ、
プリズムアレイ、屈折率分布レンズ体のいずれかからな
ることを特徴とする請求項１１記載の光変調素子。 - 【請求項１３】 前記光路変更手段が、回折により前記
取り出した光の光路を変化させることを特徴とする請求
項１０記載の光変調素子。 - 【請求項１４】 前記光路変更手段が、体積ホログラ
ム、位相変調型回折格子、振幅変調型回折格子のいずれ
かからなることを特徴とする請求項１３記載の光変調素
子。 - 【請求項１５】 前記光路変更手段が、光拡散又は光散
乱により前記取り出した光の光路を変化させることを特
徴とする請求項１０記載の光変調素子。 - 【請求項１６】 前記光路変更手段が、多孔質体、異種
屈折率分散体又は分布体、表面に凹凸を有する光拡散体
又は光散乱体のいずれかであることを特徴とする請求項
１５記載の光変調素子。 - 【請求項１７】 前記光結合要素が、取り出した光の特
定波長成分を吸収して出射する特定波長成分吸収手段を
有することを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれ
か１項記載の光変調素子。 - 【請求項１８】 前記光結合要素が、取り出した光を受
けて励起発光する蛍光体を有することを特徴とする請求
項１〜請求項１６のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項１９】 前記光結合要素により取り出された出
射光を受けて励起発光する蛍光体を有することを特徴と
する請求項１〜請求項１６のいずれか１項記載の光変調
素子。 - 【請求項２０】 前記全反射光学部材が、該全反射光学
部材内に光路を変化させる光学要素が配置され、前記全
反射光学部材に導入された面状の入射光の少なくとも一
部が光路を変化させる光学要素に導入され、この導入さ
れた入射光の実質的全てが前記全反射光学部材の構成す
る層の界面で全反射により反射されることを特徴とする
請求項１〜請求項１９のいずれか１項記載の光変調素
子。 - 【請求項２１】 前記全反射光学部材が、該全反射光学
部材内に光路を選択する光学要素が配置され、前記全反
射光学部材に導入された面状の入射光の少なくとも一部
が光路を選択する光学要素に導入され、この導入された
入射光の実質的全てが前記全反射光学部材の構成する層
の界面で全反射により反射されることを特徴とする請求
項１〜請求項１９のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項２２】 前記全反射光学部材が、該全反射光学
部材の厚さ方向の入射光導入側から、光路を変化させる
光学要素と、光路を選択する光学要素とがこの順で配置
され、前記光路を変化させる光学要素へ面状に入射光を
導入した際に、導入された入射光の少なくとも一部が光
路を選択する光学要素に導入され、この導入された入射
光の実質的全てが前記光変調素子の構成する層の界面で
全反射により反射されることを特徴とする請求項１〜請
求項１９のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項２３】 前記光路を変化させる光学要素と前記
光路を選択する光学要素とが、光学的に接触しているこ
とを特徴とする請求項２２記載の光変調素子。 - 【請求項２４】 前記光路を変化させる光学要素と前記
光路を選択する光学要素とが、屈折率が１より大きい媒
質を介して光学的に接触していることを特徴とする請求
項２２記載の光変調素子。 - 【請求項２５】 全反射光学部材の一部を構成する透明
媒質を備え、該透明媒質の光路前方に前記光路を変化さ
せる光学要素を配置したことを特徴とする請求項２０、
請求項２２〜請求項２４のいずれか１項記載の光変調素
子。 - 【請求項２６】 全反射光学部材の一部を構成する透明
媒質を備え、該透明媒質の光路前方に前記光路を選択す
る光学要素を配置したことを特徴とする請求項２１〜請
求項２４のいずれか１項記載の光変調素子 - 【請求項２７】 全反射光学部材の一部を構成する透明
媒質を備え、該透明媒質の光路前方に前記光路を変化さ
せる光学要素と前記光路を選択する光学要素をこの順で
配置したことを特徴とする請求項２２〜請求項２４のい
ずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項２８】 前記光路を変化させる光学要素が、該
光路を変化させる光学要素の平均屈折率をｎｔ、光路前
方の全反射界面の前方側媒質の屈折率をｎｗ、光路を変
化させる光学要素の媒質内を進む光の角度をθｔとした
ときに、少なくとも、 ｓｉｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ の条件を満たす角度θｔの光を含んで前方に出力するこ
とを特徴とする請求項２０、請求項２２〜請求項２７の
いずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項２９】 前記光路を変化させる光学要素が、屈
折により光路を変化させるものであることを特徴とする
請求項２０、請求項２２〜請求項２８のいずれか１項記
載の光変調素子。 - 【請求項３０】 前記光路を変化させる光学要素が、レ
ンズアレイ、プリズムアレイ、異なる屈折率が分布した
異種屈折率分布体のいずれかであることを特徴とする請
求項２９記載の光変調素子。 - 【請求項３１】 前記光路を変化させる光学要素が、回
折により光路を変化させるものであることを特徴とする
請求項２０、請求項２２〜請求項２８のいずれか１項記
載の光変調素子。 - 【請求項３２】 前記光路を変化させる光学要素が、体
積ホログラム、位相変調型回折格子、振幅変調型回折格
子のいずれかであることを特徴とする請求項３１記載の
光変調素子。 - 【請求項３３】 前記光路を変化させる光学要素が、光
拡散により光路を変化させるものであることを特徴とす
る請求項２０、請求項２２〜請求項２８のいずれか１項
記載の光変調素子。 - 【請求項３４】 前記光路を変化させる光学要素が、多
孔質体、異種屈折率分布体又は分散体、表面に凹凸を有
する拡散体又は散乱体のいずれかであることを特徴とす
る請求項３３記載の光変調素子。 - 【請求項３５】 前記光路を変化させる光学要素が、光
反射により光路を変化させるものであることを特徴とす
る請求項２０、請求項２２〜請求項２８のいずれか１項
記載の光変調素子。 - 【請求項３６】 前記光路を選択する光学要素が、該光
学要素から出射される透過光の実質的全てが、前記光路
を選択する光学要素より入射光光路前方の層の界面又は
前記光路を選択する光学要素の入射光光路前方の界面に
おける全反射臨界角より大きい角度成分を有し、その他
の角度成分の入射光は選択的に反射されて透過されない
性質を有することを特徴とする請求項２１〜請求項３５
のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項３７】 前記光路を選択する光学要素が、該光
路を選択する光学要素の平均屈折率をｎｓ、光路前方の
全反射界面の前方側媒質の屈折率をｎｗ、光路を選択す
る光学要素の媒質内を進む光の角度をθｓとしたとき
に、 ｓｉｎθｓ＞ｎｗ／ｎｓ の条件を満たす角度θｓの光を実質的全て透過させるこ
とを特徴とする請求項２１〜請求項３６のいずれか１項
記載の光変調素子。 - 【請求項３８】 前記光路を選択する光学要素が、入射
光の波長域に対して選択的に反射する機能を有し、前記
光路を選択する光学要素への入射光の入射角が該光学要
素の面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射
される入射光の波長が短波長側にシフトすることを特徴
とする請求項２１〜請求項３７のいずれか１項記載の光
変調素子。 - 【請求項３９】 前記光路を選択する光学要素への入射
光の入射角が、入射光光路前方の全反射界面への入射角
を全反射臨界角以下にするときに、前記光路を選択する
光学要素が前記入射光の実質的全てを選択的に反射する
ことを特徴とする請求項２１〜請求項３８のいずれか１
項記載の光変調素子。 - 【請求項４０】 前記光路を選択する光学要素が、誘電
体多層膜を含む光干渉フィルタであることを特徴とする
請求項２１〜請求項３９のいずか１項記載の光変調素
子。 - 【請求項４１】 前記光路を選択する光学要素が、コレ
ステリック液晶、体積ホログラムを含むブラッグ反射フ
ィルタであることを特徴とする請求項２１〜請求項３９
のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項４２】 前記全反射光学部材が、前記光変調素
子内に入射光を導入する光学要素を有し、該入射光を導
入する光学要素へ面状に入射光を導入した際に、導入さ
れた入射光の実質的全てが前記光変調素子の構成する層
の界面で全反射により反射されることを特徴とする請求
項１〜請求項１９のいずれか１項記載の光変調素子。 - 【請求項４３】 前記入射光を導入する光学要素が、面
状に配列されたプリズムアレイであることを特徴とする
請求項４２記載の光変調素子。 - 【請求項４４】 前記全反射された入射光の実質的全て
が前記全反射光学部材の入射光導入側に戻ることを特徴
とする請求項１〜請求項４３のいずれか１項記載の光変
調素子。 - 【請求項４５】 前記全反射光学部材を構成する層が、
前記入射光の波長域に対して吸収が実質的にないことを
特徴とする請求項１〜請求項４４のいずれか１項項記載
の光変調素子。 - 【請求項４６】 請求項１〜請求項４５のいずれか１項
記載の光変調素子と、該光変調素子に入射光を導入する
光源とを備えたことを特徴とする表示素子。 - 【請求項４７】 前記入射光が、特定の入射角範囲に収
められたコリメート光であることを特徴とする請求項４
６記載の表示素子。 - 【請求項４８】 前記入射光が、複数の入射角を有する
コリメート光であることを特徴とする請求項４６記載の
表示素子。 - 【請求項４９】 前記入射光が、任意の入射角を有する
拡散光であることを特徴とする請求項４６記載の表示素
子。 - 【請求項５０】 前記光結合要素又はその光路前方に蛍
光体を有し、前記全反射光学部材の全反射面と前記光結
合要素との間に、前記蛍光体の発光波長成分を反射する
と共に前記入射光の波長成分を透過させる光学フィルタ
が介装されていることを特徴とする請求項４６〜請求項
４９のいずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項５１】 前記光結合要素又はその光路前方に前
記蛍光体を有し、前記蛍光体の光路前方に前記蛍光体の
発光波長成分を透過すると共に、前記入射光の波長成分
を遮光させる光学フィルタが設けられていることを特徴
とする請求項４６〜請求項４９のいずれか１項記載の表
示素子。 - 【請求項５２】 前記光結合要素又はその光路前方に前
記蛍光体を有し、前記蛍光体の光路前方に発光波長域の
光を吸収する光学フィルタが設けられていることを特徴
とする請求項４６〜請求項４９のいずれか１項記載の表
示素子。 - 【請求項５３】 前記光学フィルタが、誘電体多層膜を
含む光干渉フィルタであることを特徴とする請求項５０
記載の表示素子。 - 【請求項５４】 前記光学フィルタが、コレステリック
膜を含むブラッグ反射フィルタであることを特徴とする
請求項５０記載の表示素子。 - 【請求項５５】 前記入射光の主な波長が、３５０ｎｍ
〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項４６〜請求
項５４のいずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項５６】 前記入射光の主な波長が、４００ｎｍ
〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項４６〜請求
項５４のいずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項５７】 前記蛍光体が、可視光を発光すること
を特徴とする請求項５０〜請求項５６のいずれか１項記
載の表示素子。 - 【請求項５８】 前記蛍光体が、赤色、緑色、青色に発
光する発光体を形成したものであることを特徴とする請
求項５７記載の表示素子。 - 【請求項５９】 前記平面光源が前記全反射光学部材の
内部に備わる光源であって、前記入射光が前記光源から
出射される光であることを特徴とする請求項４６〜請求
項５８のいずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項６０】 前記入射光が、前記全反射光学部材の
外部から入射されることを特徴とする請求項４６〜請求
項５８のいずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項６１】 前記表示素子の入射光導入側に対峙し
て設けられ、前記表示素子に導入した後に該表示素子に
より反射された入射光を表示素子側へ再投入する反射体
を備えたことを特徴とする請求項４６〜請求項６０のい
ずれか１項記載の表示素子。 - 【請求項６２】 請求項４６〜請求項６１のいずれか１
項記載の表示素子を用い、露光データに基づき光変調し
て露光対象に向けて選択的に光を出射することを特徴と
する露光素子。
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