JP2003107441A

JP2003107441A - 映像表示素子

Info

Publication number: JP2003107441A
Application number: JP2001303615A
Authority: JP
Inventors: Masutaka Inoue; 益孝井上
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP4171197B2

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーフィルタや偏光板を使用することなく
色再現及び階調表現が行える映像表示素子を提供する。【構成】光源１からの平行光はプリズム４の作用によ
り色分離され、各色ごとに入射角が異なるかたちでプラ
ズモン発生光出射パネル１５に入射する。このパネル１
５は、光入射側から、ガラス５、金属薄膜電極６、屈折
率可変層（液晶層）７、金属薄膜電極８、及びガラス９
をこの順で有して成る。屈折率可変層７は電極６・７間
の印加電圧に応じて屈折率（誘電率）を変化させるもの
である。電極６と電極８は同じ金属材料から成る。そし
て、パネル１５の光出射側には拡散層１０が設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、映像表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、バックライト等の光源を必要
とする映像表示素子として液晶表示パネルが知られてい
る。この液晶表示パネルは、入射側偏光板と、一対のガ
ラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶
を封入してなるパネル部と、出射側偏光板とから成る。
そして、この液晶表示パネルをカラー化するためにカラ
ーフィルタが用いられる。このカラーフィルタは、赤色
透過部と緑色透過部と青色透過部とを交互にマトリクス
状に配置して成り、一組の赤色透過部と緑色透過部と青
色透過部とによって一つのカラー素子部を構成するよう
になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
晶表示パネルは、偏光板やカラーフィルタを用いて色調
表現を行うため、光源からの光利用効率が低く、高輝度
化が容易でないという欠点がある。

【０００４】この発明は、上記の事情に鑑み、カラーフ
ィルタや偏光板を使用することなく色再現及び階調表現
が行える映像表示素子を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の映像表示素子
は、上記の課題を解決するために、白色平行光を色分離
して互いに異なる角度で出射する色分離光学素子と、印
加電圧にて誘電率を変化させる誘電率可変物質を電極に
て挟み込み、光入射側となる一方の電極と誘電率可変物
質との界面で表面プラズモンが発生するときには他方の
電極と誘電率可変物質との界面で同様の表面プラズモン
が発生するプラズモン発生光出射手段と、前記プラズモ
ン発生光出射手段へ入射する光の分散関係と前記電極へ
の印加電圧による表面プラズモンの分散関係で任意の色
光の出射量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴
とする。

【０００６】上記の構成であれば、入射光の分散関係と
表面プラズモンの分散関係を利用して任意の箇所で所望
の色光を出射させることができる。

【０００７】色分離された各色光が前記プラズモン発生
光出射手段の画素となる電極上に交わらないように導く
光学素子が設けられているのがよい。また、前記プラズ
モン発生光出射手段の光出射側に拡散体を設けてもよ
く、これによれば、投写型ではなく、直視型とすること
ができる。プラズモン発生光出射手段からの各色出射光
が前記拡散体上で交わらないように導く光学素子が設け
られているのがよい。

【０００８】画素となる電極は赤色画素用と緑色画素用
と青色画素用とに分けられており、各画素用の電極とし
て２種以上の特性が異なる材質が用いられていてもよ
い。また、画素となる電極は赤色画素用と緑色画素用と
青色画素用とに分けられており、各画素用の電極に対応
する誘電率可変物質として２種以上の特性が異なる材質
が用いられていてもよい。

【０００９】一方、画素となる電極は赤色画素用と緑色
画素用と青色画素用とに分けられておらず、赤色映像信
号と緑色映像信号と青色映像信号とが時分割で順次的に
供給されるようになっており、前記制御手段は、前記プ
ラズモン発生光出射手段へ入射する光の分散関係と前記
電極への印加電圧による表面プラズモンの分散関係で任
意の色光の出射量を制御することを前記時分割に対応し
て行うように構成されていてもよい。

【００１０】色分離光学素子としては、回折格子或いは
プリズムを用いるのがよい。そして、長波長の光ほど前
記プラズモン発生光出射手段への入射角が小さくなるよ
うに構成されるのがよい。

【００１１】また、この発明の映像表示素子は、印加電
圧に応じて白色平行光を任意の角度で屈折させて出射す
る出射方向可変手段と、印加電圧にて誘電率を変化させ
る誘電率可変物質を電極にて挟み込み、光入射側となる
一方の電極と誘電率可変物質との界面で表面プラズモン
が発生するときには他方の電極と誘電率可変物質との界
面で同様の表面プラズモンが発生するプラズモン発生光
出射手段と、前記プラズモン発生光出射手段への光入射
角による光の分散関係と前記電極への印加電圧による表
面プラズモンの分散関係で任意の色光の出射量を制御す
る制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】上記の構成においても、入射光の分散関係
と表面プラズモンの分散関係を利用して任意の箇所で所
望の色光を出射させることができる。

【００１３】前記プラズモン発生光出射手段の光出射側
に拡散体を設けてもよく、これによれば、投写型ではな
く、直視型とすることができる。

【００１４】赤色映像信号と緑色映像信号と青色映像信
号とが時分割で順次的に供給されるようになっており、
前記出射方向可変手段は、前記時分割に対応して光出射
角度を異ならせ、前記制御手段は、前記プラズモン発生
光出射手段への光入射角による光の分散関係と前記電極
への印加電圧による表面プラズモンの分散関係で任意の
色光の出射量を制御することを前記時分割に対応して行
うように構成されていてもよい。

【００１５】画素となる電極は赤色画素用と緑色画素用
と青色画素用とに分けられており、前記出射方向可変手
段は、各画素用の電極に向けて異なる角度で光を導くよ
うになっていてもよい。この構成において、各画素用の
電極として２種以上の特性が異なる材質が用いられてい
てもよい。また、各画素用の電極に対応する誘電率可変
物質として２種以上の特性が異なる材質が用いられてい
てもよい。

【００１６】画素となる電極は赤色画素用と緑色画素用
と青色画素用とに分けられるとともに時分割で他の色画
素用に切り替わることとし、供給される映像信号は前記
時分割に対応して制御され、前記出射方向可変手段は、
各画素用の電極に向けて異なる角度で光を導くことを各
画素が前記時分割で他の画素用に切り替わることに対応
して同一色用画素には切り替わり後も同一角度で入射す
るように出射角制御を行うようになっていてもよい。

【００１７】画素となる電極は赤色画素用と緑色画素用
と青色画素用とに分けられるとともに時分割で他の色画
素用に切り替わることとし、供給される映像信号は前記
時分割に対応して制御され、前記出射方向可変手段は、
各画素用の電極に向けて異なる角度で光を導くことを、
各画素が前記時分割で他の画素用に切り替わることに対
応してその画素の切り替わりのための印加電圧変化を少
なくできるように入射角度を変化させるようになってい
てもよい。

【００１８】出射方向可変手段は液晶層とプリズムとを
有して成っていてもよい。

【００１９】これらの構成において、誘電率可変物質は
液晶層から成っていてもよく、或いは、強誘電結晶から
成っていてもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態の説明に先立
ち、表面プラズモンについて図１乃至図４を用いて説明
する。図１に表面プラズモンの発生原理について説明す
る。表面プラズモンは２つの媒質の界面で起こる一種の
電子の集団振動と考えられており、表面プラズモンが誘
起される条件は、式１及び式２のように表される。式１
は表面プラズモンが誘起されるための分散関係を示して
おり、式２は２媒質の誘電率に関する条件となってい
る。ここで式２を満足する誘電率ε２１を示す物質とし
ては金属が挙げられる。

【００２１】

【数１】

【００２２】上記の式において、Ｋは波数、ωは入射光
の振動数、ε１１は媒質１の複素誘電率、ε２１は媒質
２の複素誘電率、ｃは光速である。

【００２３】図２は表面プラズモンの分散関係及び光の
水平方向成分の分散関係を示している。この図において
は、光の分散関係と表面プラズモンの分散関係は交わら
ない。これは、通常では光による表面プラズモンの誘起
は起こらないことを示している。光による誘起を可能と
するためには、回折格子やプリズムを用いることが考え
られ、図３には回折格子を用いた場合を、図４にはプリ
ズムを用いた場合を、それぞれ示している。このような
方法によって光の分散関係を変化させることで、表面プ
ラズモンの分散関係との交点を持つことができ、このよ
うに光の分散関係と表面プラズモンの分散関係が一致す
る所では、光と表面プラズモンのエネルギーが等しくな
り、これにより光による表面プラズモン誘起が起こる。

【００２４】（実施形態１）次に、この発明の第１の実
施形態を図５乃至図８に基づいて説明していく。光源１
の発光部（例えば、メタルハライドランプ等）から出射
された白色光はパラボラリフレクタによって略平行光化
されて出射され、平行光生成光学系２によって平行光と
なって偏光変換装置３に至る。平行光生成光学系２はコ
ンデンサレンズ等の複数のレンズを組み合わせて構成さ
れている。偏光変換装置３は偏光ビームスプリッタアレ
イ（ＰＢＳアレイ）から成る。このＰＢＳアレイは、Ｐ
偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜を入射光
に対して４５°配置で備えており、前記偏光分離膜はＰ
偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路偏光して前記偏光
分離膜にて反射・出射する。そして、Ｓ偏光の出射側に
は位相差板が設けられており、Ｓ偏光はＰ偏光に変換さ
れて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＰ偏光に変
換される。図の場合、Ｐ偏光はその電場成分が図面に垂
直に振動しているものとする。なお、偏光変換装置３は
無くてもよい。偏光変換された白色平行光は、色分離光
学素子であるプリズム（回折格子でもよいが、この実施
形態ではプリズムとしている）４の作用により、色分離
され、各色ごとに入射角が異なるかたちでプラズモン発
生光出射パネル１５に入射する。

【００２５】上記プラズモン発生光出射パネル１５は、
光入射側から、ガラス５、金属薄膜電極６、屈折率可変
層（液晶層）７、金属薄膜電極８、及びガラス９をこの
順で有して成る。屈折率可変層７は電極６・８間の印加
電圧に応じて屈折率（誘電率）を変化させるものであ
る。電極６と電極８は同じ金属材料からなりプラズモン
に関して同じ特性を有する。そして、パネル１５の光出
射側には拡散層１０が設けられている。

【００２６】プラズモン発生光出射パネル１５に入射し
てきた各色光は、ガラス５によって屈折し、電極６で反
射する。この入射した各色光の分散関係と、電極６と屈
折率可変層７との界面（以下、界面６−７と記する）で
の表面プラズモンの誘起条件が合えば、表面プラズモン
が界面６−７で誘起される。界面６−７での表面プラズ
モンは同時に屈折率可変層７と電極８との界面（以下、
界面７−８と記する）での表面プラズモンと一致する。
これは各々の界面での分散関係が両者で全く等価である
ためである。そして、界面６−７での表面プラズモンは
界面７−８での表面プラズモンと結合し、結果としてエ
ネルギーが界面７−８に到達する。そして、入射光が界
面６−７で表面プラズモンに誘起されたのと全く逆の過
程で、界面７−８での表面プラズモンは光となり、入射
光に平行な方向に同一の光を出射する。

【００２７】プリズム４で色分離された光が各色ごとに
異なる方向に出射し、パネル１５に異なる方向から入射
することで表面プラズモンに寄与するのであるが、この
入射角の傾きによる光の分散関係の変化は、図６に示す
ようになる。すなわち、光の分散関係は媒質が等しい場
合、ｓｉｎΘ（Θ：入射角）で決まり、この光の分散関
係は各色光によって異なることになる。図６に示すごと
く、光の分散関係と表面プラズモンとの分散関係が等し
い所では、上述した表面プラズモンの結合が起こり、最
終的に対応する光が透過してくる。

【００２８】図８（ａ）は、赤色光（Ｒ光）、緑色光
（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）が互いに異なる入射角度でパ
ネル１５に導かれ、各画素部分でＲ光とＧ光とＢ光の選
択出射が行われる様子を示している。このパネル１５で
は、Ｒ光とＧ光とＢ光の調光を各画素共通の金属薄膜お
よび屈折率可変物質層の構成で実現しており、各画素部
分には、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全てが到達しているため、
Ｒ光を調光しているつもりが、同時にＧ光、Ｂ光をも調
光しかねない。

【００２９】この場合、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光がある程度ピ
ークを持ち、図７（ａ）に示すように、スペクトル上、
分離されていれば良い。そして、Ｒ光を出射することと
なる領域（画素）では、光の分散関係と表面プラズモン
の分散関係が図７（ｂ）のごとくなり、Ｇ光を出射する
こととなる領域（画素）では、両分散関係が図７（ｃ）
のごとくなり、Ｂ光を出射することとなる領域（画素）
では、両分散関係が図７（ｄ）のごとくなればよい。そ
して、同図（ｂ）の状態で表面プラズモンの分散関係を
微調整（金属電極への印加電圧調整）すれば、Ｒ光の光
量調整が行われることになり、同図（ｃ）の状態で表面
プラズモンの分散関係を微調整すれば、Ｇ光の光量調整
が行われることになり、同図（ｄ）の状態で表面プラズ
モンの分散関係を微調整すれば、Ｂ光の光量調整が行わ
れることになる。

【００３０】このように、各画素において、任意の色光
についてだけ、その分散関係と表面プラズモンの分散関
係とが交点を持つように、入射角度調整や図８（ａ）に
示したスペクトル分離がなされることで、カラーフィル
タや偏光板を不要とし、各画素を任意の色光用画素とし
て機能させることができる。

【００３１】図８（ｂ）は、パネル１５の光入射側にレ
ンズ１６を配置した構成を示している。このようにレン
ズ１６を配置することで、各色光の多くを対応する色光
用の画素部分に導くことが可能になる。この場合には、
前述したごとく各画素部分にＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全てが
到達するといったことが回避されることになり、各画素
部分によって入射する光の波長が決まることになるの
で、図８（ａ）に示したスペクトル分離の要請を緩和で
きる。なお、レンズ１６としては、実際にはレンチキュ
ラーレンズや蠅の目レンズが用いられる。

【００３２】上記の例では、各画素部分にはそれが担う
色に対応した映像信号（電圧）が印加されることとして
いるが、図８（ｃ）に示すように、各画素部分にＲＧＢ
各光が入射することを利用し、時分割でＲ光用映像信
号、Ｇ光用映像信号、Ｂ光用映像信号を順繰りに供給す
ることとし、パネル１５においては、タイミングＴ１で
は全画素部分がＲ光用となり、タイミングＴ２では全画
素部分がＧ光用となり、タイミングＴ３では全画素部分
がＢ光用とするといった制御も可能である。このような
時分割制御により、解像度を実質的に高めることが可能
になる。

【００３３】（実施形態２）次に、この発明の第２の実
施形態を図９に基づいて説明していく。なお、説明の重
複による冗長を避けるため、同一の要素には同一の符号
を付記して説明を簡略化することとする。この実施形態
では、パネル１５の光出射側にＲＧＢドットに対応した
レンズ（レンチキュラーレンズや蝿の目レンズ）１１を
設け、このレンズ１１の光出射側に、当該レンズ１１か
ら所定距離をおいて拡散層１０を設けている。

【００３４】前記パネル１５はＲ光、Ｇ光、Ｂ光を互い
に異なる角度で出射している。このため、前述の実施形
態１の構成では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が拡散層１０上で混
ざって表示される可能性がある。一方、この実施形態２
の構成であれば、レンズ１１により、出射角が違うＲ
光、Ｇ光、Ｂ光（平行光）を集光して拡散層１０上に混
ざらないようにあてることができる。レンズ１１の焦点
距離に拡散層１０を持ってくる必要はなく、ＲＧＢ各光
が混ざらない程度に各色が分離されるような距離に配置
すればよい。なお、レンズ１１と拡散層１０とを一体化
することは容易である。

【００３５】（実施形態３）次に、この発明の第３の実
施形態を図１０に基づいて説明していく。この実施形態
では、金属薄膜電極６′・８′は、各色用の画素部分に
おいて異なる金属を使用している。具体的には、或る色
用の画素を成す対の電極６１と電極８１、電極６２と電
極８２、及び電極６３と電極８３は各々同一種金属であ
るが、電極６１と電極６２と電極６３は互いに異なる金
属から成り、電極８１と電極８２と電極８３は互いに異
なる金属である。これは表面プラズモンが誘起される波
長を、誘電率制御（印加電圧制御）により可変としてい
るが、使用する金属によっては十分に可変し切れない場
合がある。これは式１で表されるように、誘電率変化に
よる表面プラズモンの分散関係の可変には自ずと限界が
あるためである。この実施形態のごとく、各色用の画素
となる電極をＲ，Ｇ，Ｂに合わせて選択しておくこと
で、誘電率可変物質に求められる可変量を低減できる
（印加電圧制御幅を小さくできる）ことになる。誘電率
の可変が少ないということは、高速応答が容易になると
いうことである。

【００３６】（実施形態４）次に、この発明の第４の実
施形態を図１１に基づいて説明していく。この実施形態
では、前記実施形態３と同様の理由により、屈折率可変
物質７′は、Ｒ用として屈折率可変物質７１、Ｇ用とし
て屈折率可変物質７２、Ｂ用として屈折率可変物質７３
を用いている。屈折率可変物質７′として液晶を用いる
場合には、このような構造の作製はかなり複雑になる
が、屈折率可変物質７′として（強誘電体結晶（バリス
タ）等を用いれば作製は容易である。

【００３７】（実施形態５）次に、この発明の第５の実
施形態を図１２乃至図１４に基づいて説明する。光源１
の発光部（例えば、メタルハライドランプ等）から出射
された白色光はパラボラリフレクタによって略平行光化
されて出射され、平行光生成光学系２によって平行光と
なって偏光変換装置３に至る。平行光生成光学系２はコ
ンデンサレンズ２等の複数のレンズを組み合わせて構成
されている。偏光変換装置３は偏光ビームスプリッタア
レイ（ＰＢＳアレイ）から成る。このＰＢＳアレイは、
Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜を入射
光に対して４５°配置で備えており、前記偏光分離膜は
Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路偏光して前記偏
光分離膜にて反射・出射する。そして、Ｓ偏光の出射側
には位相差板が設けられており、Ｓ偏光はＰ偏光に変換
されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光はＰ偏光に
変換される。図の場合、Ｐ偏光はその電場成分が図面に
垂直に振動しているものとする。偏光変換された白色平
行光は、パネル３５に入射する。

【００３８】上記パネル３５は、出射方向可変パネル部
３５Ａと、プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂとから
成る。これら出射方向可変パネル部３５Ａとプラズモン
発生光出射パネル部３５Ｂとは、ガラス板２５を両者で
共用することとしている。

【００３９】出射方向可変パネル部３５Ａは、図１３に
も示すように、ガラス板２１と、このガラス板２１に対
面する側に複数の微小プリズム２５ａを有したガラス板
２５と、これら基板間に注入された平行配向の液晶層２
３と、各ガラス基板２２，２５の対向面側に各々形成さ
れた透明電極２２，２４とから成る。この出射方向可変
パネル部３５Ａにおいて必要な機能は屈折率変化であ
り、光の施光などは生じてはならない。従ってＴＮやＳ
ＴＮのように捩れているものは使用しない。前記平行配
向の液晶層２３は電気的な変化により屈折率のみ可変す
るものである。出射方向可変パネル部３５Ａにおける出
射角α近似的に、以下のように表される。

【００４０】α＝（ｎＬＣＤ−ｎＧＬＡＳＳ）×Θ ｎＬＣＤ：液晶の屈折率（ｎｏ〜ｎｅ）ｎＧＬＡＳＳ：ガラスの屈折率 Θ：プリズムの頂角

【００４１】ここで、液晶層２３の屈折率と透明電極２
４とプリズム２５ａを成すガラス板２５との屈折率の関
係であるが、実際には、透明電極２４と液晶層２３の屈
折率によって出射角が可変される。透明電極２４とガラ
ス板２５の屈折率が異なっていたとしても、それは液晶
層２３の屈折率可変時において一定であるので、その部
分での出射角変化は一定と換算できる。なお、例えば、
透明電極２４とプリズム２５ａを成すガラス板２５との
屈折率が等しく、更に、ガラス板２５と液晶層２３の屈
折率も等しいとすれば、入射した光はプリズム２５ａと
液晶層２３との界面での影響を受けずに入射方向と同方
向に出射することになる。勿論、このよに透明電極２４
とガラス板２５と液晶層２３の屈折率を等しくすること
が要求されるわけではない。

【００４２】ガラス板２５にプリズム２５ａを設けず
に、ガラス板２１側にプリズムを設けても同様の機能が
得られる。また、プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂ
においては、光を斜めに入射させて光の分散関係を変化
させるので、図１３では出射方向可変パネル部３５Ａへ
の入射光を垂直に描いているが、図１２のごとく斜めに
するのが望ましい。そして、この斜め入射とする場合に
は、プリズム２５ａの側面ではなく上面側に多くの光が
入射するような斜め方向とするのがよい。

【００４３】プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂは、
光入射側から、ガラス２５（共用）、金属薄膜電極２
６、屈折率可変層（液晶層）２７、金属薄膜電極２８、
及びガラス２９をこの順で有して成る。屈折率可変層２
７は電極２６・２８間の印加電圧に応じて屈折率（誘電
率）を変化させるものである。電極２６と電極２８は同
じ金属材料から成る。そして、プラズモン発生光出射パ
ネル部３５Ｂの光出射側には拡散層３０が設けられてい
る。

【００４４】プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂに所
定の角度で入射してきた白色光は、ガラス２５を透過し
て電極６で反射する。この入射した各色光の分散関係及
び表面プラズモンの分散関係については、実施形態１で
説明したのと同様である。

【００４５】上記構成においては、プラズモン発生光出
射パネル部３５Ｂの各画素部分には白色光が入射するこ
とになり、その入射角度は出射方向可変パネル部３５Ａ
にて変化させることができる。そこで、時分割でＲ光用
映像信号、Ｇ光用映像信号、Ｂ光用映像信号を順繰りに
供給することとし、パネル部３５Ｂにおいては、図１４
に示すように、タイミングＴ１では全画素部分がＲ光用
となり、タイミングＴ２では全画素部分がＧ光用とな
り、タイミングＴ３では全画素部分がＢ光用とするとい
った制御を行い、この時分割のタイミングに合わせて、
出射方向可変パネル部３５Ａで光出射角度を変更するこ
とで、映像表示が行えることになる。なお、実施形態１
で示した図６から分かるように、Ｒ表示のタイミングで
は、パネル部３５Ｂへの入射角度が最も小さくなるよう
に、出射方向可変パネル部３５Ａでの光出射角度を制御
し、Ｂ表示のタイミングでは、パネル部３５Ｂへの入射
角度が最も大きくなるように、出射方向可変パネル部３
５Ａでの光出射角度を制御し、Ｇ表示のタイミングで
は、その略中間となるように出射方向可変パネル部３５
Ａでの光出射角度を制御する。

【００４６】（実施形態６）次に、この発明の第６の実
施形態を図１５に基づいて説明する。なお、説明の重複
による冗長を避けるため、実施形態５と同一の要素には
同一の符号を付記して説明を簡略化する。前記の実施形
態５では、時分割でＲ光用映像信号、Ｇ光用映像信号、
Ｂ光用映像信号を順繰りに供給することとしたが、この
実施形態６では、各画素部分にはそれが担う色に対応し
た映像信号（電圧）を印加することとしている。このた
め、ガラス板２５′のプリズム２５ａ′を各画素部分に
対応して形成し、電極２４′も各プリズム２５ａ′に対
応して個別に形成している。そして、この個別化された
電極２４′によって、プラズモン発生光出射パネル部３
５Ｂにおける赤色用となる画素部分の電極２６Ｒへは最
も小さい入射角度で光を入射させ、青色用となる画素部
分の電極２６Ｂへは最も大きい入射角度で光を入射さ
せ、緑色用となる画素部分の電極２６Ｇへはその略中間
の入射角度で光を入射させる。画素部分への光入射状態
は図のごとくクロスさせている。

【００４７】かかる構成では、プラズモン発生光出射パ
ネル部３５Ｂにおいて、各画素部分はそれが担う色が固
定されているため、解像度は実施形態５よりも劣る（１
／３）が、出射方向可変パネル部３５Ａの液晶層２３の
屈折率を時分割的に駆動する必要はなく、プラズモン発
生光出射パネル部３５Ｂの屈折率可変層（液晶層）２７
においては、その駆動速度は時分割の場合ほど速い必要
はない（各画素部分が異なる色用になるような印加電圧
変化は必要なく、或る色の画素としてその光量を調整す
る程度（プラズモンの結合度合いの微調整）で足り
る）。また、このように画素が担う色が固定であるた
め、実施形態３のごとく、各色用の画素部分において異
なる金属を使用したり、実施形態４のごとく、各色用の
画素部分において異なる誘電率可変物質を使用したりす
ることができる。なお、プリズム側でのＲＧＢ位置は任
意であるが、その配置に対してはプラズモン発生光出射
パネル部３５Ｂ側での各画素部分の配置が対応している
必要がある。

【００４８】（実施形態７）次に、この発明の第７の実
施形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。この実
施形態の映像表示素子においては、ガラス板２５′のプ
リズム２５ａ′を各画素部分に対応して形成し、電極２
４′も各プリズム２５ａ′に対応して個別に形成してい
る。そして、この個別化された電極２４′によって、各
プリズム側では任意の角度で光を出射できることとし、
尚且つ、プリズム３個セットの単位が、時分割的に１プ
リズム分ずつ出射角を変化させていくようになってい
る。プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂにおいては、
各画素部分はそれが担う色が固定されているのではな
く、時分割的に、或るタイミングでは赤色用、次のタイ
ミングでは緑色用、次のタイミングでは青色用といった
ように、変わっていく。図１６に示している例では、電
極２６ｂが青色用、電極２６ｃが緑色用、電極２６ｄが
赤色用であった状態から、次のタイミングでは、電極２
６ａが青色用、電極２６ｂが緑色用、電極２６ｃが赤色
用のごとく、変化する。なお、実施形態５のように、全
画素が同時に同一色用になることはない。

【００４９】プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂへの
信号供給は、上記のごとく各画素がＲ→Ｇ→Ｂに変化し
ていくことに鑑みて、図１７のごとくプラズモンを変化
させるように制御されることになる。かかる構成におい
ても、時分割駆動により、解像度が向上することにな
る。一方、実施形態５と同様に、各画素部分が異なる色
用として機能するために、高い応答速度が求められる。

【００５０】（実施形態８）次に、上記応答速度に鑑み
たこの発明の第８の実施形態を図１８に基づいて説明す
る。この実施形態の映像表示素子においては、ガラス板
２５′のプリズム２５ａ′を各画素部分に対応して形成
し、電極２４′も各プリズム２５ａ′に対応して個別に
形成している。そして、この個別化された電極２４′に
よって、各プリズム側では任意の角度で光を出射できる
こととし、尚且つ、プリズム３個セットの単位が、時分
割的に１画素分のシフトを行うように出射角を変化させ
ていくようになっている。プラズモン発生光出射パネル
部３５Ｂにおいては、各画素部分はそれが担う色が固定
されているのではなく、時分割的に、或るタイミングで
は赤色用、次のタイミングでは緑色用、次のタイミング
ではまた赤色用に戻るといったように、変わっていく。
図１８に示している例では、実線の状態で、電極２６ｅ
が赤色用、電極２６ｆが青色用、電極２６ｇが緑色用、
電極２６ｈが赤色用であった状態から、次のタイミング
では、電極２６ｅが青色用、電極２６ｆが緑色用、電極
２６ｇが赤色用のごとく、変化する。

【００５１】ここで、電極２６ｇが緑色用から赤色用に
変化する場合において、入射角は、実線の状態から点線
で示すごとく、小さくなり、赤色のプラズモン誘起に向
く状態となり、当該電極２６ｇを赤色用とする印加電圧
変化を小さくでき、応答速度が高速化する。また、電極
２６ｆが青色用から緑色用に変化する場合において、入
射角は、実線の状態から点線で示すごとく、小さくな
り、緑色のプラズモン誘起に向く状態となり、当該電極
２６ｆを緑色用とする印加電圧変化を小さくでき、応答
速度が高速化する。また、電極２６ｅが赤色用から青色
用に変化する場合において、入射角は、実線の状態から
点線で示すごとく、大きくなり、青色のプラズモン誘起
に向く状態となり、当該電極２６ｅを青色用とする印加
電圧変化を小さくでき、応答速度が高速化する。なお、
同じ色を発色させることにおいて、実線で示す光入射角
状態と点線でで示す光入射角状態とがあり、同じ色の発
色でも入射角度を変えていることになる。また、出射方
向可変パネル部３５Ａの液晶層２３の屈折率変化とプラ
ズモン発生光出射パネル部３５Ｂの屈折率可変層（液晶
層）２７の屈折率変化を共に利用することで、高速化を
図っているとも言えることになる。

【００５２】プラズモン発生光出射パネル部３５Ｂへの
信号供給は、上記のごとく各画素が異なる色用に変化し
ていくことに鑑みて、制御されることになる。かかる構
成においても、時分割駆動により、解像度が向上するこ
とになる。

【００５３】なお、以上の実施形態では、拡散層１０，
３０を設けて直視型に対応できるようにしたが、拡散層
１０，３０を設けずに、レンズ等を設けて投写型（プロ
ジェクタ）とすることもできる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、カラーフィルタや偏光板を使用することなく色再現
及び階調表現が行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズモン現象を説明する説明図である。

【図２】プラズモン現象を説明する説明図である。

【図３】回折格子によるプラズモン現象を説明する説明
図である。

【図４】光入射角によるプラズモン現象を説明する説明
図である。

【図５】この発明の第１の実施形態の映像表示素子を示
した説明図である。

【図６】プラズモン現象による任意の色光の出射を説明
する説明図である。

【図７】同図（ａ）は光源の光スペクトルを示し、同図
（ｂ）は赤色光の出射を説明する説明図であり、同図
（ｃ）は緑色光の出射を説明する説明図であり、同図
（ｄ）は青色光の出射を説明する説明図であり、

【図８】同図（ａ）は第１の実施形態の映像表示素子を
示した説明図であり、同図（ｂ）及び同図（ｃ）はその
変形例を示した説明図である。

【図９】この発明の第２の実施形態の映像表示素子を示
した説明図である。

【図１０】この発明の第３の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【図１１】この発明の第４の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【図１２】この発明の第５の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【図１３】この発明の第５の実施形態の映像表示素子に
おける光路変更素子を示した説明図である。

【図１４】この発明の第５の実施形態の映像表示素子に
おける表示動作を示した説明図である。

【図１５】この発明の第６の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【図１６】この発明の第７の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【図１７】この発明の第７の実施形態の映像表示素子に
おける表面プラズモンの分散関係と光の分散関係を示し
た説明図である。

【図１８】この発明の第８の実施形態の映像表示素子を
示した説明図である。

【符号の説明】

１光源２平行光生成光学系３偏光変換装置４プリズム５ガラス６金属薄膜電極７屈折率可変層（液晶層）８金属薄膜電極９ガラス１０拡散層１５プラズモン発生光出射パネル２１ガラス板２２透明電極２３液晶層２４透明電極２５ガラス板２５ａ微小プリズム２６金属薄膜電極２７屈折率可変層（液晶層）２８金属薄膜電極２９ガラス板３０拡散層３５パネル３５Ａ出射方向可変パネル部３５Ｂプラズモン発生光出射パネル部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色平行光を色分離して互いに異なる角
度で出射する色分離光学素子と、印加電圧にて誘電率を
変化させる誘電率可変物質を電極にて挟み込み、光入射
側となる一方の電極と誘電率可変物質との界面で表面プ
ラズモンが発生するときには他方の電極と誘電率可変物
質との界面で同様の表面プラズモンが発生するプラズモ
ン発生光出射手段と、前記プラズモン発生光出射手段へ
入射する光の分散関係と前記電極への印加電圧による表
面プラズモンの分散関係で任意の色光の出射量を制御す
る制御手段と、を備えたことを特徴とする映像表示素
子。
【請求項２】請求項１に記載の映像表示素子におい
て、色分離された各色光が前記プラズモン発生光出射手
段の画素となる電極上に交わらないように導く光学素子
が設けられていることを特徴とする映像表示素子。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の映像表示
素子において、前記プラズモン発生光出射手段の光出射
側に拡散体を設けたことを特徴とする映像表示素子。
【請求項４】請求項３に記載の映像表示素子におい
て、前記プラズモン発生光出射手段からの各色出射光が
前記拡散体上で交わらないように導く光学素子が設けら
れていることを特徴とする映像表示素子。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の映像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用
と緑色画素用と青色画素用とに分けられており、各画素
用の電極として２種以上の特性が異なる材質が用いられ
ていることを特徴とする映像表示素子。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の映像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用
と緑色画素用と青色画素用とに分けられており、各画素
用の電極に対応する誘電率可変物質として２種以上の特
性が異なる材質が用いられていることを特徴とする映像
表示素子。
【請求項７】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の映像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用
と緑色画素用と青色画素用とに分けられておらず、赤色
映像信号と緑色映像信号と青色映像信号とが時分割で順
次的に供給されるようになっており、前記制御手段は、
前記プラズモン発生光出射手段へ入射する光の分散関係
と前記電極への印加電圧による表面プラズモンの分散関
係で任意の色光の出射量を制御することを前記時分割に
対応して行うことを特徴とする映像表示素子。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の映像表示素子において、色分離光学素子は回折格子で
あることを特徴とする映像表示素子。
【請求項９】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の映像表示素子において、色分離光学素子はプリズムで
あることを特徴とする映像表示素子。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれかに記
載の映像表示素子において、長波長の光ほど前記プラズ
モン発生光出射手段への入射角が小さくなるように構成
されたことを特徴とする映像表示素子。
【請求項１１】印加電圧に応じて白色平行光を任意の
角度で屈折させて出射する出射方向可変手段と、印加電
圧にて誘電率を変化させる誘電率可変物質を電極にて挟
み込み、光入射側となる一方の電極と誘電率可変物質と
の界面で表面プラズモンが発生するときには他方の電極
と誘電率可変物質との界面で同様の表面プラズモンが発
生するプラズモン発生光出射手段と、前記プラズモン発
生光出射手段への光入射角による光の分散関係と前記電
極への印加電圧による表面プラズモンの分散関係で任意
の色光の出射量を制御する制御手段と、を備えたことを
特徴とする映像表示素子。
【請求項１２】請求項１１に記載の映像表示素子にお
いて、前記プラズモン発生光出射手段の光出射側に拡散
体を設けたことを特徴とする映像表示素子。
【請求項１３】請求項１１及び請求項１２に記載の映
像表示素子において、赤色映像信号と緑色映像信号と青
色映像信号とが時分割で順次的に供給されるようになっ
ており、前記出射方向可変手段は、前記時分割に対応し
て光出射角度を異ならせ、前記制御手段は、前記プラズ
モン発生光出射手段への光入射角による光の分散関係と
前記電極への印加電圧による表面プラズモンの分散関係
で任意の色光の出射量を制御することを前記時分割に対
応して行うことを特徴とする映像表示素子。
【請求項１４】請求項１１及び請求項１２に記載の映
像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用と緑
色画素用と青色画素用とに分けられており、前記出射方
向可変手段は、各画素用の電極に向けて異なる角度で光
を導くことを特徴とする映像表示素子。
【請求項１５】請求項１４に記載の映像表示素子にお
いて、各画素用の電極として２種以上の特性が異なる材
質が用いられていることを特徴とする映像表示素子。
【請求項１６】請求項１４及び請求項１５に記載の映
像表示素子において、各画素用の電極に対応する誘電率
可変物質として２種以上の特性が異なる材質が用いられ
ていることを特徴とする映像表示素子。
【請求項１７】請求項１１及び請求項１２に記載の映
像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用と緑
色画素用と青色画素用とに分けられるとともに時分割で
他の色画素用に切り替わることとし、供給される映像信
号は前記時分割に対応して制御され、前記出射方向可変
手段は、各画素用の電極に向けて異なる角度で光を導く
ことを各画素が前記時分割で他の画素用に切り替わるこ
とに対応して同一色用画素には切り替わり後も同一角度
で入射するように出射角制御を行うことを特徴とする映
像表示素子。
【請求項１８】請求項１１及び請求項１２に記載の映
像表示素子において、画素となる電極は赤色画素用と緑
色画素用と青色画素用とに分けられるとともに時分割で
他の色画素用に切り替わることとし、供給される映像信
号は前記時分割に対応して制御され、前記出射方向可変
手段は、各画素用の電極に向けて異なる角度で光を導く
ことを、各画素が前記時分割で他の画素用に切り替わる
ことに対応してその画素の切り替わりのための印加電圧
変化を少なくできるように入射角度を変化させることを
特徴とする映像表示素子。
【請求項１９】請求項１１乃至請求項１８のいずれか
に記載の映像表示素子において、出射方向可変手段は液
晶層とプリズムとを有して成ることを特徴とする映像表
示素子。
【請求項２０】請求項１乃至請求項１９のいずれかに
記載の映像表示素子において、誘電率可変物質は液晶層
から成ることを特徴とする映像表示素子。
【請求項２１】請求項１乃至請求項１９のいずれかに
記載の映像表示素子において、誘電率可変物質は強誘電
結晶から成ることを特徴とする映像表示素子。