JP6873499B2 - 画素構造、表示デバイス、表示装置及び投影表示システム - Google Patents

Description

本発明は、表示技術分野に関し、具体的に、画素構造、表示デバイス、表示装置及び投影表示システムに関する。

外の世界からの情報への人間の取得の８０％は視覚から来ている。そのため、表示装置は、現代人が情報を取得するための重要な手段であり、表示技術は、情報分野における重要な開発方向である。人々の情報取得に対する要求がますます高くなっているため、ディスプレイの性能に対する期待が高まっており、表示技術及びデバイスの研究はますます重要になっている。

図１は従来の液晶表示デバイスの表示原理を示す概略図であり、従来の表示デバイスでは、図１に示すように、上部ガラス基板と下部ガラス基板の間に電圧が印加されていない場合、入射光は下部偏光子、即ち、偏光層１を透過して、液晶に従って９０度のねじれを行って、上部偏光子、即ち、偏光層２から出射し、表示デバイスが明るい状態として表示されるようにし、上部ガラス基板と下部ガラス基板の間に電界が印加される場合、液晶分子は入射光がねじれず元の方向のまま出射するように再配列し、出射された光線は上部偏光子即ち偏光層２によって遮断され透過できないため、表示デバイスが暗い状態として表示されるようにする。つまり、従来の表示デバイスは、上下の偏光子により、表示輝度の調整を実現する必要があり、その結果、従来の表示デバイスの構造が複雑になり、集積度が低くなる。

そこで、本発明は、デバイスの構造が簡素化され、デバイスの集積度が向上される画素構造、表示デバイス、表示装置及び投影表示システムを提供する。

上記の目的を達成するために、本発明は以下のような技術的解決策を提供する。

第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間にある透光層とを含む画素構造であって、
前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の反射膜を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の反射膜を有して、前記第１の基板と前記第２の基板がファブリーペロキャビティを形成し、前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光を利用して表示を行い、
前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の電極を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電界の大きさを調整することによって前記透光層の屈折率を調整し、前記透光層の屈折率を調整することで前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することによって、前記画素構造の表示輝度を調整する。

任意選択で、前記透光層は、液晶層を含み、前記第１の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第１の配向膜を有し、前記第２の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第２の配向膜を有し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とは同じ摩擦方向を有する。

任意選択で、前記反射膜の材料はＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳなどの材料のうち１つ又は複数である。

複数の画素構造を含む表示デバイスであって、前記画素構造は上記のいずれか１項に記載の画素構造である。

任意選択で、任意の２つの前記画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは同じである。

任意選択で、前記表示デバイスは、複数の画素ユニットを含み、各前記画素ユニットは少なくとも２つの画素構造を含み、同じ前記画素ユニット内の画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは異なる。

狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含む投影表示システムであって、前記表示デバイスは上記のような表示デバイスである。

任意選択で、前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記表示デバイスは、第１の表示デバイス、第２の表示デバイス、及び第３の表示デバイスを含み、前記投影表示システムは、第１のハーフミラー、第２のハーフミラー、第３のハーフミラー、及び光合成コンポーネントをさらに含み、 前記第１のハーフミラーは、前記第１の狭帯域光源から放射された第１の光線を前記第１の表示デバイスに反射し、前記第１の表示デバイスは、前記第１の狭帯域光源から放射された第１の光線を反射して、特定の光強度の第１の光線を前記第１のハーフミラーに出射し、前記第１のハーフミラーはさらに、前記第１の表示デバイスから出射された第１の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記第２のハーフミラーは、前記第２の狭帯域光源から放射された第２の光線を前記第２の表示デバイスに反射し、前記第２の表示デバイスは前記第２の狭帯域光源から放射された第２の光線を反射して、特定の光強度の第２の光線を前記第２のハーフミラーに出射し、前記第２のハーフミラーはさらに、前記第２の表示デバイスから出射された第２の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記第３のハーフミラーは、前記第３の狭帯域光源から放射された第３の光線を前記第３の表示デバイスに反射し、前記第３の表示デバイスは前記第３の狭帯域光源から放射された第３の光線を反射して、特定の光強度の第３の光線を前記第３のハーフミラーに出射し、前記第３のハーフミラーはさらに、前記第３の表示デバイスから出射された第３の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記光合成コンポーネントは、合成された光ビームを利用して投影するように、前記第１の光線、前記第２の光線、及び前記第３の光線を１つの光ビームに合成する。

任意選択で、前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記表示デバイスは第１の表示デバイス、第２の表示デバイス、及び第３の表示デバイスを含み、前記投影表示システムはさらに、光合成コンポーネントを含み、
前記第１の狭帯域光源は、第１の光線を放射し、
前記第２の狭帯域光源は、第２の光線を放射し、
前記第３の狭帯域光源は、第３の光線を放射し、
前記第１の表示デバイスは、特定の光強度の第１の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記第２の表示デバイスは、特定の光強度の第２の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記第３の表示デバイスは、特定の光強度の第３の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
前記光合成コンポーネントは、合成された光ビームを利用して投影するように、前記第１の光線、前記第２の光線、及び前記第３の光線を１つの光ビームに合成する。

任意選択で、前記第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、前記第１の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは３０６２ｎｍであり、前記第１の表示デバイス内の反射膜の反射率は４８％であり、前記第１の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
前記第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、前記第２の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは２５６４ｎｍであり、前記第２の表示デバイス内の反射膜の反射率は４２％であり、前記第２の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
前記第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、前記第３の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは２１７７ｎｍであり、前記第３の表示デバイス内の反射膜の反射率は３７％であり、前記第３の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０である。

狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含む表示装置であって、前記表示デバイスは上記のような表示デバイスである。

任意選択で、前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記画素ユニットは、第１の画素構造、第２の画素構造、及び第３の画素構造を含み、
前記第１の画素構造は、表示のために前記第１の狭帯域光源から放射された光線を透過させ、前記第２の画素構造は、表示のために前記第２の狭帯域光源から放射された光線を透過させ、前記第３の画素構造は、表示のために前記第３の狭帯域光源から放射された光線を透過させる。

任意選択で、前記第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、前記第１の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは３０６２ｎｍであり、前記第１の画素構造内の反射膜の反射率は４８％であり、前記第１の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
前記第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、前記第２の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２５６４ｎｍであり、前記第２の画素構造内の反射膜の反射率は４２％であり、前記第２の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
前記第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、前記第３の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２１７７ｎｍであり、前記第３の画素構造内の反射膜の反射率は３７％であり、前記第３の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０である。

従来技術と比較して、本発明によって提供される技術的解決策は以下の利点を有する。
本発明によって提供される画素構造、表示デバイス、表示装置、及び投影表示システムは、第１の反射膜を有する第１の基板と第２の反射膜を有する第２の基板によって構成されるファブリーペロキャビティの反射光又は透過光によって表示し、第１の電極と第２の電極との間の電界の大きさを調整することによって、透光層の屈折率を調整することができ、さらに、ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することができ、それによって、画素構造の表示輝度は偏光子なしで調整でき、デバイスの集積度はある程度向上し、デバイスの厚さが低減し、デバイスの構造が簡素化される。

本発明の実施例又は従来技術の技術的解決策をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明で使用する図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における図面は、本発明の実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な努力なしに提供された図面に従って他の図面を取得することができる。

従来の液晶表示デバイスの表示原理を示す概略図である。 本発明の実施例による画素構造を示す構造概略図である。 本発明の実施例による画素構造の表示原理を示す概略図である。 本発明の実施例による画素構造の表示原理を示す概略図である。 本発明の実施例によるファブリーペロキャビティの反射光及び透過光を示す概略図である。 本発明の実施例１による画素構造の反射及び透過特性の、位相差に伴う変化グラフである。 本発明の実施例１による画素構造の反射及び透過特性の、液晶屈折率に伴う変化グラフである。 本発明の実施例による表示デバイスの概略的な平面構造図である。 本発明の実施例による表示デバイスの概略的な断面構造図である。 本発明の実施例による表示デバイスの別の概略的な断面構造図である。 本発明の実施例による反射型投影表示システムの構造概略図である。 本発明の実施例による透過型投影表示システムの構造概略図である。 本発明の実施例１による波長が６３２．８ｎｍである赤色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例１による波長が６３２．８ｎｍである赤色光の反射強度変調グラフである 本発明の実施例１による波長が５３０ｎｍである緑色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例１による波長が５３０ｎｍである緑色光の反射強度変調グラフである。 本発明の実施例１による波長が４５０ｎｍである青色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例１による波長が４５０ｎｍである青色光の反射強度変調グラフである。 本発明の実施例による別の反射型投影表示システムの構造概略図である。 本発明の実施例２による画素構造の反射及び透過特性の、液晶屈折率に伴う変化グラフである。 本発明の実施例２による波長が６３２．８ｎｍである赤色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例２による波長が６３２．８ｎｍである赤色光の反射強度変調グラフである。 本発明の実施例２による波長が５３０ｎｍである緑色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例２による波長が５３０ｎｍである緑色光の反射強度変調グラフである。 本発明の実施例２による波長が４５０ｎｍである青色光の透過強度変調グラフである。 本発明の実施例２による波長が４５０ｎｍである青色光の反射強度変調グラフである。

以上は本発明の核となる思想であり、本発明の上記の目的、特徴及び利点は、より明らかに理解できるように、以下、本発明の実施例における技術的解決策について、本発明の実施例における図面を参照しながら明確かつ完全に説明する。説明した実施例が本発明の実施例の一部にすぎず、実施例の全てではないことは明らかである。創造的な努力なしに本発明における実施例に基づいて当業者によって得られる他の全ての実施例は、本発明の範囲内である。

本発明の実施例は画素構造を提供し、図２に示すように、当該画素構造は、第１の基板２０と、第２の基板２１と、前記第１の基板２０と前記第２の基板２１との間にある透光層２２とを含む。

その内、第１の基板２０は、第２の基板２１に向かう側に第１の反射膜２３を有し、第２の基板２１は、第１の基板２０に向かう側に第２の反射膜２４を有し、第１の基板２０と第２の基板２１がファブリーペロキャビティ（Ｆａｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ、ＦＰキャビティと略称される）を形成し、ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光を利用して表示を行い、
第１の基板２０は、第２の基板２１に向かう側に第１の電極を有し、第２の基板２１は第１の基板２０に向かう側に第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極との間の電界の大きさを調整することによって透光層２２の屈折率を調整し、透光層２２の屈折率を調整することでファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することによって、画素構造の表示輝度を調整する。

本発明の実施例では、透光層２２の屈折率を調整することによってファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整し、ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することによって画素構造の表示輝度を調整するため、表示輝度の調整を実現するために偏光子を使用する必要はなく、従来の直観的な液晶表示デバイス及びシリコンベースの液晶表示デバイスと比較して、光エネルギー利用率及び表示輝度は向上される。

任意選択で、図２に示すように、透光層２２は液晶層を含み、第１の基板２０は、液晶層に向かう側の表面に第１の配向膜２５を有し、第２の基板２１は、液晶層に向かう側の表面に第２の配向膜２６を有する。さらに任意選択で、液晶層における液晶は、ネマチック液晶、ブルー相液晶、強誘電性液晶などを含む。勿論、本発明の実施例では、透光層２２が液晶層であることのみを一例として説明するが、これに限定されない。任意選択で、本発明における透光層２２の材料は、他の位相変調電気光学材料などであってもよく、電気光学材料は、変調によって屈折率を変化させることができる。

任意選択で、第１の基板２０及び第２の基板２１は透明基板であり、さらに透明ガラス基板又は透明プラスチック基板であってもよい。任意選択で、第１の電極及び第２の電極の材料はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、酸化インジウムスズ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、フッ素スズ酸化物）又はグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）などであり、第１の配向膜２５及び第２の配向膜２６の材料はＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ポリイミド樹脂）又は他の光励起重合の重合性モノマーである。なお、本発明の実施例における画素構造内の第１の電極は、第１の基板２０の表面を覆う電極層であり、第２の電極は、第２の基板２１の表面を覆う電極層である。

任意選択で、反射膜、即ち、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳのうちの１つ又は複数で形成される透明誘電体膜、金属反射膜、又は、誘電体金属を積層して形成された反射膜であり、つまり、第１の反射膜２３又は第２の反射膜２４は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳのうちの複数からなる積層構造であってもよい。

なお、本発明における第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の材料は同じであってもよいし、異なってもよい。同様に、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率は同じであってもよいし、異なってもよい。ただし、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率はいずれも２０％〜６０％の範囲内にあり、エンドポイント値を含む。任意選択で、第１の反射膜２３と第２の反射膜２４との間の距離、即ち、ファブリーペロキャビティの厚さ範囲は１０００ｎｍ〜５０００ｎｍである。

本発明の一実施例では、液晶層内の液晶が、正の誘電異方性を有するネマチック液晶を使用することを例として説明し、第１の配向膜２５と第２の配向膜２６は同じ摩擦方向を有し、液晶層は、平行アライメントネマチック液晶に配置される。

第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されていない場合、図３ａに示すように、ＦＰキャビティ内の液晶ディレクターは、基板２０又は２１が位置する平面に平行に配列され、光０が液晶ディレクターに平行な偏光方向で垂直に入射するときに、液晶の屈折率は異常な屈折率ｎ_ｅになり、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加される場合、図３ｂに示すように、電界Ｅの作用で、液晶偏向が飽和に達すると、液晶ディレクターは基板２０又は２１が位置する平面にほぼ垂直し、同じ方向の入射光０を使用して入射するときに、液晶の屈折率は通常の屈折率ｎ_ｏになる。つまり、本発明の実施例では、液晶分子が０°−９０°の間で回転するように、第１の電極と第２の電極との間の電圧を変更することによって、液晶の屈折率のｎ_ｅからｎ_ｏまでの連続的な変化が実現され、光に対する位相遅延が実現される。

図４に示すように、入射光０はＦＰキャビティ内で複数回反射され、複数回屈折され、入射光０は、ＦＰキャビティに入るときに、反射光ビーム１と屈折光ビームに分割され、当該屈折光ビームは、下面で反射されるとともに、透過光ビーム１′と反射光ビームに分割される。このように反射と屈折を繰り返すことによって、無数の反射光ビーム１、２、３、４…、及び無数の透過ビーム１′、２′、３′、４′…が得られる。その内、ｎは例えばＦＰキャビティ内の液晶の屈折率などのＦＰキャビティ内の誘電体の屈折率であり、ｄはＦＰキャビティの厚さであり、θはＦＰキャビティ内の光線と法線との間の角度である。

その内、反射光ビームでも透過光ビームでも、隣接する２つの光ビームの間には固定の位相差δ＝（２π／λ）・２ｎｄ・ｃｏｓθがあり、例えば、反射光ビーム１と２との間及び透過光ビーム１′と２′との間には固定の位相差δ＝（２π／λ）・２ｎｄ・ｃｏｓθがあり、光コヒーレンス条件を満すため、干渉が発生し得る。

ｒ及びｔをそれぞれＦＰキャビティの外側からＦＰキャビティ内への光の振幅反射率と透過率とし、ｒ′及びｔ′をそれぞれＦＰキャビティ内からＦＰキャビティの外側への光の振幅反射率と透過率とする。ＦＰキャビティの両側の誘電体の屈折率は同じであるため、ストークスの逆関係を満たすので、ｒ＝−ｒ′、ｔ^２+ｔｔ′＝１になる。

入射光０の振幅をＡとし、反射光の複素振幅を下記式（１）の通りとし、透過光の複素振幅を下記式（２）の通りとすると、各反射光と各透過光の複素振幅が下記式（３）及び（４）のように得られる。なお、下記式（１）の反射光の複素振幅を文中ではＵ^〜と表現し、下記式（２）の透過光の複素振幅を文中ではＵ^〜’と表現する。以下、他の複素数記号も同様に表記する。

その内、反射光１の複素振幅Ｕ^〜 _１後の負の符号は半波損失から導出されるものである。

反射光の総複素振幅Ｕ^〜 _Ｒは下記式（５）の通りであり、反射光の総光強度Ｉ_Ｒは下記式（６）の通りであり、透過光の総複素振幅Ｕ^〜 _Ｔは下記式（７）の通りであり、透過光の総光強度Ｉ_Ｔは下記式（８）の通りであり、ここで、ｊ＝１、２、３、４…である。

吸収を考慮しない場合、光パワーの保存により、総光強度Ｉ_０が保存され、Ｉ_Ｒ+Ｉ_Ｔ＝Ｉ_０になる。反射光１には半波損失があるため、総透過光強度Ｉ_Ｔを優先的に計算し、さらに、Ｉ_Ｒ＝Ｉ_０-Ｉ_Ｔで総反射光強度Ｉ_Ｒを取得することが考えられる。

上記の分析から分かるように、透過光の総複素振幅は下記式（９）の通りであり、当該級数の合計は下記式（１０）の通りであり、透過光の総光強度Ｉ_Ｔは下記式（１１）の通りであり、その内、Ｒ＝ｒ^２はＦＰキャビティの上面と下面の光強度反射率であり、即ち、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の光強度反射率であり、Ｉ_０＝Ａ^２は入射光の総光強度である。

反射光の総光強度Ｉ_Ｒは下記式（１２）の通りである。

図５は、画素構造のＦＰキャビティの反射と透過特性の、正規化された位相差（δ／π）に伴う変化のグラフである。使用のパラメータは、反射膜の反射率Ｒ＝４８％、入射光の波長λ＝６３２．８ｎｍ、ＦＰキャビティの厚さｄ＝３０６２ｎｍ、ＦＰキャビティ内の光線と法線との角度θ＝０°として設定される。その内、実線は反射特性曲線であり、破線は透過特性曲線である。なお、本発明の実施例によって提供される画素構造は、ＦＰキャビティの反射光を利用して画像を表示してもよいし、ＦＰキャビティの透過光を利用して画像を表示してもよい。

光の強度がＩ_０である入射光が画素構造の表面に垂直に入射する場合、上面で反射される反射光１、２、３、４…を選択して画像を表示すると、その光強度反射率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は下記式（１３）及び（１４）のように表すことができる。

その内、Ｆ＝４Ｒ／（１−Ｒ）^２はＦＰキャビティの細かさであり、δは第１の反射膜２３で出射される隣接する２つの反射光の位相差であり、Ｒは第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率であり、λは狭帯域光源から出射される入射光の波長であり、ｎ_ＬＣはネマチック液晶の屈折率であり、ｄは第１の反射膜２３と第２の反射膜２４との間の距離であり、ＦＰキャビティの厚さでもあり、θはＦＰキャビティ内の光線と法線との角度、即ち、入射光がＦＰキャビティ内で複数回反射される傾きであり、ここで、θ＝０°である。

図５の実線から分かるように、位相差δがπの奇数倍である場合に、光の強度反射率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最大値に達し、ここを表示画像の明るい状態として選択し、位相差δがπの偶数倍である場合に、光の強度反射率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最小値に達し、ここを表示画像の暗い状態として選択する。例えば、ある電圧で、液晶の屈折率に起因する反射光の位相差がちょうどδ/π＝３０の位置にある場合に、表示画像は完全に暗くなる。印加電圧を変更することで、液晶の屈折率が変化し、位相差δが変化し、光の強度反射率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０が増加し始め、液晶の屈折率に起因する位相差がπ変化する場合、δ/π＝２９の位置に到達し、そのとき、光の強度反射率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最大になり、表示画像が最も明るくなる。２９＜δ/π＜３０の間を中間輝度として表示することができる。

同じ入射光で画素構造の表面に垂直に入射し、下面から透過する透過光１′、２′、３′、４′…を選択して画像を表示することもでき、その光強度透過率Ｉ_Ｔ/Ｉ_０は下記式（１５）及び（１６）のように表すことができる。

同様に、Ｆ＝４Ｒ／（１−Ｒ）^２はＦＰキャビティの細かさであり、δは第２の反射膜２４で出射される隣接する２つの透過光の位相差であり、Ｒは第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率であり、λは狭帯域光源から出射される入射光の波長であり、ｎ_ＬＣはネマチック液晶の屈折率であり、ｄは第１の反射膜２３と第２の反射膜２４との間の距離であり、ＦＰキャビティの厚さでもあり、θはＦＰキャビティ内の光線と法線との角度、即ち、入射光がＦＰキャビティ内で複数回反射される傾きであり、ここで、θ＝０°である。

図５の破線から分かるように、位相差δがπの偶数倍である場合に、光の強度透過率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最大値に達し、ここを表示画像の明るい状態として選択し、位相差δがπの奇数倍である場合に、光の強度透過率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最小値に達し、ここを表示画像の暗い状態として選択する。ある電圧で、液晶の屈折率に起因する透過光の位相差がちょうどδ/π＝３０の位置にあると仮定すると、表示画像は完全に明るくなる。印加電圧を変更することで、液晶の屈折率の変更に起因して位相差δが変化し、光の強度透過率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０が減少し始め、液晶の屈折率に起因する位相差がπ変化する場合に、δ/π＝２９の位置に到達し、そのとき、光の強度透過率Ｉ_Ｒ/Ｉ_０は最小になり、表示画像は最も暗くなる。２９＜δ/π＜３０の間で、中間輝度として表示することができる。

図６は、画素構造の反射透過特性の、液晶の屈折率に伴う変化のグラフである。使用のパラメータは、Ｒ＝４８％、λ＝６３２．８ｎｍ、ｄ＝３０６２ｎｍ、θ＝０°として設定される。その内、実線は反射特性曲線を示し、破線は透過特性曲線を示す。図６から分かるように、液晶の屈折率の変更に伴って、透過光の光強度又は反射光の光強度も変更される。

つまり、本発明の実施例では、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することによって、液晶の屈折率をｎ_ｅ〜ｎ_ｏの間で変化させることができ、ＦＰキャビティの反射光又は透過光の位相差が（２９π、３０π）の間で変化するときに、画素構造の表示輝度を最も明るい状態と最も暗い状態の間で変化させ、それによって、画素構造の表示輝度の調整は偏光子を必要とせずに実現される。

なお、本発明の実施例における画素構造は単色光のみを変調し、例えば、赤色光、青色光、又は緑色光のみを変調する。勿論、異なる色の単色光を変調するときに、画素構造のパラメータを調整する必要があり、ここで詳細に説明しない。

本発明の実施例は、表示デバイスをさらに提供し、図７に示すように、当該表示デバイスは複数の画素構造７０を含み、当該画素構造７０は上記のいずれかの実施例によって提供される画素構造である。なお、本発明の実施例によって提供される表示デバイスは、画素構造内の第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する駆動回路などをさらに含み、ここで詳細に説明しない。

任意選択で、図８に示すように、表示デバイス内の任意の２つの画素構造７０のファブリーペロキャビティの厚さｄは同じく、全ての画素構造７０のＦＰキャビティが大きなファブリーペロキャビティを構成するようにする。なお、当該表示デバイスは単色表示デバイスであり、例えば、当該表示デバイスは赤色光表示デバイス、緑色光表示デバイス、青色光表示デバイス又は他の色の表示デバイスである。

任意選択で、表示デバイスは、複数の画素ユニットを含み、各画素ユニットは少なくとも３つの画素構造を含み、同じ画素ユニット内の画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは異なる。なお、本発明の実施例では、第１の基板２０と第２の基板２１との間の距離を異ならせることによって、ファブリーペロキャビティの厚さを異ならせることができる。

図９に示すように、各画素ユニット９は、第１の画素構造９０、第２の画素構造９１、及び第３の画素構造９２を含み、第１の画素構造９０、第２の画素構造９１、及び第３の画素構造９２のＦＰキャビティの厚さはそれぞれ異なって、第１の画素構造９０、第２の画素構造９１、及び第３の画素構造９２が異なる色の単色光を透過させるようにする。例えば、第１の画素構造９０は青色光を透過させ、第２の画素構造９１は緑色光を透過させ、第３の画素構造９２は赤色光を透過させ、これに基づいて、各画素ユニット内の赤色光、青色光及び緑色光が混合された後、カラー画像を表示することができる。つまり、図９に示す表示デバイスはカラー画像を表示可能な表示デバイスである。

なお、図８に示す構造では、第１の電極及び第２の電極はいずれも基板全体を覆う層全体の電極であってもよく、図８及び図９に示す構造では、第１の電極は第１の基板２０を覆う層全体の電極であり、第２の電極は各画素構造内にある１ブロックの電極であり、異なる画素構造の第２の電極は互いに独立してもよい。つまり、第１の電極は従来の液晶表示装置内の共通電極に相当し、第２の電極は従来の液晶表示装置内の画素電極に相当する。これに基づいて、第１の電極と第２の電極との間の電界によって、各画素構造内の液晶の屈折率を個別に制御することで、各画素構造のグレースケールを制御することができ、表示デバイス全体の表示画像を表示の必要がある画像に制御する。

本発明の実施例は、投影表示システムをさらに提供し、狭帯域光源と、狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスを含み、当該表示デバイスは図８に示すような単色表示デバイスである。任意選択で、当該投影表示システムは、プロジェクターやテレビなどの投影表示装置に適用できる。その内、プロジェクターは、劇場、ホームシアター、及び学校の教育又は展示ホール用のフロントプロジェクション又はリアプロジェクションのプロジェクターであってもよい。任意選択で、当該狭帯域光源はレーザー光源であり、勿論、本発明はこれに限定されず、他の実施例では、狭帯域光源はＬＥＤ光源などであってもよい。

本発明の実施例では、狭帯域光源により照明し、狭帯域光源の線幅が小さい（約１〜２ｎｍ）ため、ＦＰキャビティの反射率は高くない。従って、ＦＰキャビティの半高全幅（約１０ｎｍ）は光源の線幅に対して十分に広く、狭い光源の発光スペクトルを利用してファブリーペロキャビティの広い変調スペクトルを「フィルタリング」し、表示デバイスの色域カバレッジを大幅に向上させる。

図１０は、反射型投影表示システムを示し、狭帯域光源は、第１の狭帯域光源１０１、第２の狭帯域光源１０２、及び第３の狭帯域光源１０３を含み、表示デバイスは第１の表示デバイス１０４、第２の表示デバイス１０５、及び第３の表示デバイス１０６を含み、投影表示システムはさらに、第１のハーフミラー１０７、第２のハーフミラー１０８、第３のハーフミラー１０９、及び光合成コンポーネント１１０を含む。

その内、第１のハーフミラー１０７は、第１の狭帯域光源１０１から放射された第１の光線を第１の表示デバイス１０４に反射するために使用され、第１の表示デバイス１０４は第１の狭帯域光源１０１から放射された第１の光線を反射して、特定の光強度の第１の光線を第１のハーフミラー１０７に出射し、第１のハーフミラー１０７はさらに、第１の表示デバイス１０４から出射された第１の光線を光合成コンポーネント１１０まで透過させるために使用され、
第２のハーフミラー１０８は、第２の狭帯域光源１０２から放射された第２の光線を第２の表示デバイス１０５に反射するために使用され、第２の表示デバイス１０５は第２の狭帯域光源１０２から放射する第２の光線を反射して、特定の光強度の第２の光線を第２のハーフミラー１０８に出射し、第２のハーフミラー１０８はさらに、第２の表示デバイス１０５から出射された第２の光線を光合成コンポーネント１１０まで透過させるために使用され、
第３のハーフミラー１０９は、第３の狭帯域光源１０３から放射された第３の光線を第３の表示デバイス１０６に反射するために使用され、第３の表示デバイス１０６は第３の狭帯域光源１０３から放射された第３の光線を反射して、特定の光強度の第３の光線を第３のハーフミラー１０９に出射し、第３のハーフミラー１０９はさらに、第３の表示デバイス１０６から出射された第３の光線を光合成コンポーネント１１０まで透過させるために使用され、
光合成コンポーネント１１０は、合成された光ビームを利用して投影するように、第１の光線、第２の光線、及び第３の光線を１つの光ビームに合成するために使用される。

本発明の他の実施例では、図１１に示すように、投影表示システムは、透過型投影表示システムであってもよく、狭帯域光源は、第１の狭帯域光源１１１、第２の狭帯域光源１１２及び第３の狭帯域光源１１３を含み、表示デバイスは第１の表示デバイス１１４、第２の表示デバイス１１５、及び第３の表示デバイス１１６を含み、投影表示システムはさらに、光合成コンポーネント１１７及び投影レンズ１１８を含む。

その内、第１の狭帯域光源１１１は、第１の光線を放射するために使用され、第２の狭帯域光源１１２は、第２の光線を放射するために使用され、第３の狭帯域光源１１３は第３の光線を放射するために使用され、第１の表示デバイス１１４は特定の光強度の第１の光線を光合成コンポーネント１１７まで透過させ、第２の表示デバイス１１５は特定の光強度の第２の光線を光合成コンポーネント１１７まで透過させ、第３の表示デバイス１１６は特定の光強度の第３の光線を光合成コンポーネント１１７まで透過させ、光合成コンポーネント１１７は、合成された光ビームを利用して投影するように、第１の光線、第２の光線及び第３の光線を１つの光ビームに合成するために使用される。

任意選択で、第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、第１の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さｄは３０６２ｎｍであり、第１の表示デバイス内の反射膜の反射率Ｒは４８％であり、第１の表示デバイス内の液晶層の屈折率ｎの変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、第２の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さｄは２５６４ｎｍであり、第２の表示デバイス内の反射膜の反射率Ｒは４２％であり、第２の表示デバイス内の液晶層の屈折率ｎの変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、第３の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さｄは２１７７ｎｍであり、第３の表示デバイス内の反射膜の反射率Ｒは３７％であり、第３の表示デバイス内の液晶層の屈折率ｎの変化範囲は１．４９８〜１．５５０である。

本実施例では、液晶は、電圧が印加されていない状態での屈折率が１．５５０である。

第１の狭帯域光源１０１が、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、第１の表示デバイス１０４内のファブリーペロキャビティの厚さｄが３０６２ｎｍであり、第１の表示デバイス１０４内の反射膜の反射率Ｒが４８％である場合に、ＦＰキャビティの透過光を選択して表示を行い、図１２に示すように、実線、太い破線、点線はそれぞれ、液晶の屈折率がｎ＝１．５５０、ｎ＝１．５４０及びｎ＝１．４９８である場合であり、細い直破線は赤色光の６３２．８ｎｍ波長に対応し、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での光強度が最大で、表示は明るい状態になり、ここがＦＰキャビティの中心波長であり、このとき、ＦＰキャビティの半高全幅は約１０ｎｍであり（反射率Ｒと厚さｄによって確定される）、光源の線幅（約２ｎｍ）に対して十分に大きく、光の利用効率は１００％に近い。屈折率がｎ＝１．４９８になるように電圧を加えたとき、点線と細い直破線との交点での光強度が最小になり、表示は暗い状態になる。従って、液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、表示輝度の明暗の変化を実現することができる。

同様のパラメータで、ＦＰキャビティの反射光を用いて表示を行うときに、図１３に示すように、実線、太い破線、点線はそれぞれ、液晶の屈折率がｎ＝１．５５０、ｎ＝１．５４０及びｎ＝１．４９８である場合であり、細い直破線は赤色光の６３２．８ｎｍ波長に対応し、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での強度が最小になり、表示は暗い状態になる。ｎ＝１．４９８になるように電圧を加えるときに、点線と細い直破線との交点での強度が最大になり、表示は明るい状態になる。このとき、反射スペクトル線に対応し、その半高全幅は非常に広く、光源の線幅よりもはるかに大きく、このような狭い線幅の中心波長が波長６３２．８ｎｍの赤色光に対して、最大光エネルギー利用率は約８８％である。液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、明暗の変化を実現することができる。

以上のパラメータによって、赤色光を変調する単一画素構造を得ることができ、複数の単一画素構造を集積するときに、赤色光変調パネル、即ち、第１の表示デバイス１０４が得られる。

第２の狭帯域光源１０２が、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、第２の表示デバイス１０５内のファブリーペロキャビティの厚さｄが２５６４ｎｍであり、第２の表示デバイス１０５内の反射膜の反射率Ｒが４２％である場合に、ＦＰキャビティの透過光を選択して表示を行い、図１４に示すように、実線、太い破線、点線は、ｎ＝１．５５０、ｎ＝１．５４０、ｎ＝１．４９８の場合であり、細い直破線は、緑色光の５３０ｎｍ波長に対応し、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での光強度は最大になり、表示は明るい状態になり、ここは上記のパラメータのＦＰキャビティの中心波長であり、このとき、ＦＰキャビティの半高全幅は約１０ｎｍであり、光源の線幅（約２ｎｍ）に対して十分に大きく、光利用効率は吸収散乱効果に関係なく１００％に近い。ｎ＝１．４９８になるように電圧を加えるときに、点線と細い直破線との交点での光強度は最小になり、表示は暗い状態になる。従って、液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、明暗の変化を実現することができる。

図１５に示すように、反射光を用いて表示を行い、同様に、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での光強度は最小になり、表示は暗い状態になる。ｎ＝１．４９８になるように電圧を加えるときに、点線と細い直破線との交点での光強度は最大になり、表示は明るい状態になる。このとき、対応する反射スペクトル線は、半値全幅が非常に広く、光源の線幅よりもはるかに大きく、このような狭い線幅の中心波長が波長５３０ｎｍの緑色光に対して、最大光エネルギー利用率は約８３％である。従って、液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、明暗の変化を実現することができる。

以上のパラメータによって、緑色光を変調する単一画素構造を得ることができ、複数の単一画素構造を集積するときに、緑色光変調パネル、即ち、第２の表示デバイス１０５が得られる。

第３の狭帯域光源１０３が、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、第３の表示デバイス１０６内のファブリーペロキャビティの厚さｄは２１７７ｎｍであり、第３の表示デバイス１０６内の反射膜の反射率Ｒが３７％である場合に、ＦＰキャビティの透過光を選択して表示を行い、図１６に示すように、実線、太い破線、点線はｎ＝１．５５０、ｎ＝１．５４０、ｎ＝１．４９８の場合であり、細い直破線は青色光４５０ｎｍ波長に対応し、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での光強度は最大になり、表示は明るい状態になり、ここは、上記のパラメータのＦＰキャビティの中心波長であり、このとき、ＦＰキャビティの半高全幅は約１０ｎｍであり、光源の線幅（約２ｎｍ）に対して十分に大きく、光利用効率は、吸収散射効果に関係なく１００％に近い。ｎ＝１．４９８になるように電圧を加える時に、点線と細い直破線との交点での光強度は最小になり、表示は暗い状態になる。従って、液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、明暗の変化を実現することができる。

図１７に示すように、反射光を用いて表示を行い、同様に、これにより分かるように、電圧が印加されていないときに、実線と細い直破線との交点での光強度は最小になり、表示は暗い状態になる。ｎ＝１．４９８になるように電圧を加えるときに、点線と細い直破線との交点での光強度は最大になり、表示は明るい状態になる。このとき、対応する反射スペクトル線は、半値全幅が非常に広く、光源の線幅よりもはるかに大きく、このような狭い線幅の中心波長が波長４５０ｎｍである緑色光に対して、最大光エネルギー利用率は約７８％である。従って、液晶の有効屈折率が１．４９８から１．５５０の間で変化するように電圧を調整するときに、明暗の変化を実現することができる。

以上のパラメータによって、青色光を変調する単一画素構造を得ることができ、複数の単一画素構造を集積するときに、青色光変調パネル、即ち、第３の表示デバイス１０６が得られる。

なお、ネマチック液晶の変換速度は約ミリ秒のオーダーであり、このような方式で表示を変調することはアナログモードと呼ばれる。電圧によって液晶の屈折率を調整し、各屈折率は異なる光強度に対応し、異なる表示効果を実現する。

なお、δ＝４πｎ_ｅｄ/λ＝３０π、即ち、位相差がπの偶数倍である場合、赤色光の波長λ＝６３２．８ｎｍであり、ＦＰキャビティの厚さｄ＝３０６２ｎｍであるため、電圧が印加されていないときに、液晶の屈折率ｎ_ｅは約１．５５０であり、透過型は明るい状態で表示され、δ′＝４πｎ_ｅｆｆｄ/λ＝２９π、つまり、位相差がπだけ減少する場合、表示は暗い状態に変わり、このとき、ｎ_ｅｆｆ＝２９π*λ/４πｄ＝１．４９８である。青色光と緑色光の計算についても同様であり、ここで詳細に説明しない。

上記の反射型投影表示システムでは、入射光がいずれもデバイス表面に垂直に入射する（即ち、θ＝０°）ため、ハーフミラーを使用して、変調パネルの同じ側における入射光と反射光を区別する。ただし、システムでハーフミラーを使用すると、変調パネルに入射する入射光と変調された出射光を区別できるが、光がハーフミラーを経るたびに半分の光エネルギーの損耗がある。このとき、高輝度を実現するには、狭帯域光源の発光の強度を上げる必要がある。この状況は、垂直に入射するときに限られる。デバイス表面に小さな角度（１〜２°）で入射すると、図１８に示すように、変調パネルに入射する入射光と変調された出射光は重ならないので、ハーフミラーなしで光変調を実現することができる。小さな角度で入射すると、変調の思想は上記の実施例で説明したものと全く同じであるが、上記のデバイスの対応するパラメータと図１２―１７に示される変調曲線はいずれも変化し、これは、当業者が本発明の思想から容易に想到し得るものである。

本発明の実施例は、表示装置をさらに提供し、当該表示装置は、狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含み、前記表示デバイスは、図９に示すような表示デバイスである。任意選択で、当該表示装置はテレビ、ヘッドマウント表示装置、ビデオメガネ、携帯電話、コンピューター、時計などであってもよく、その内、テレビはレーザーテレビ、大画面プロジェクションテレビなどのリアプロジェクションテレビを含む。

その内、狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、画素ユニット内の少なくとも３つの画素構造は第１の画素構造９０、第２の画素構造９１、及び第３の画素構造９２を含み、第１の画素構造９０は、表示のために第１の狭帯域光源から放射された光線を透過させるために使用され、第２の画素構造９１は、表示のために第２の狭帯域光源から放射された光線を透過させるために使用され、第３の画素構造９２は表示のために第３の狭帯域光源から放射された光線を透過させるために使用される。

任意選択で、第１の狭帯域光源は、赤色光を放射する光源であり、第２の狭帯域光源は緑色光を放射する光源であり、第３の狭帯域光源は青色光を放射する光源である。さらに、任意選択で、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源はレーザー光源であり、勿論、本発明はこれに限定されず、他の実施例では、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源はＬＥＤ光源などであってもよい。

任意選択で、第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、第１の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは３０６２ｎｍであり、第１の画素構造内の反射膜の反射率は４８％であり、第１の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、第２の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２５６４ｎｍであり、第２の画素構造内の反射膜の反射率は４２％であり、第２の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、第３の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２１７７ｎｍであり、第３の画素構造内の反射膜の反射率は３７％であり、第３の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０である。

光源と透過率又は反射率との対応関係は図１２から図１７に示す通りであり、ここで再度説明しない。

波長が６３２．８ｎｍである赤色光透過方式を例として、図１２に示すように、最も明るい状態は、屈折率ｎ＝１．５５０のときであり、６３２．８ｎｍの中心波長での光源の透過率は１であり、ただし、光源には一定の線幅があり、６３２．８ｎｍでの強度は最も大きく、他の場所（例えば６３１ｎｍから６３５ｎｍ）の間での強度は異なる。実際の光の透過率は下記式（１７）から算出することができ、その内、Ｐ（λ）は光源の強度分布関数であり、Ｔ（λ）はデバイスの透過率関数であり、λ_１―λ_２は狭帯域光源の発光スペクトルの波長範囲に対応する。つまり、ＦＰキャビティは光源の各波長に対応する透過率を有し、例えば、６３２ｎｍでの透過率は０．９であり、６３２．８ｎｍでの透過率は１であり、６３３ｎｍでの透過率は０．９５であり、このような加重平均によりデバイスの透過率を計算する。明るい状態ｎ＝１．５５０の場合、透過率は約９７％であり、暗い状態ｎ＝１．４９８に対応する場合、透過率は約１２％であり、それによって、コントラストＣＦＰ＝９７％／１２％＝８．１：１が得られる。

反射光で表示を行う場合に、最も暗い状態はｎ＝１．５５０のときであり、６３２．８ｎｍの中心波長での光源の反射率は０である。つまり、６３２．８ｎｍでの光源の反射強度は最も小さく、他の場所（例えば６３１ｎｍから６３５ｎｍ）での反射強度は異なる。実際の光の反射率は下記式（１８）式から反映することができ、その内、Ｐ（λ）は光源の強度スペクトル線関数であり、Ｒ（λ）はデバイス反射率関数である。つまり、ＦＰキャビティは光源の各波長に対応する反射率を有し、このような加重平均によりデバイスの反射率を計算する。暗い状態ｎ＝１．５５０の場合、反射率は約３％であり、明るい状態ｎ＝１．４９８の場合、反射率は約８８％であり、それによって、コントラストＣＦＰ＝８８％/３％＝２９．３：１が得られる。

上記の全ての言及された明るい状態と暗い状態以外に、他の場所を明るい状態又は暗い状態として選択することもできる。図１２の透過スペクトル線を例にとると、電圧が印加されていない場合、液晶の屈折率はｎ＝１．５５０であり、表示は最も明るくなり、電圧を増加することによって液晶の屈折率が１．４９８近く（例えば、ｎ＝１．５００）まで低下し始めるときに、ここを表示の暗い状態としてもよい。同様に、図１３の反射スペクトル線を例にとると、電圧が印加されていない場合、液晶の屈折率はｎ＝１．５５０であり、表示は最も暗くなり、電圧を増加することによって液晶の屈折率が１．４９８近く（例えば、ｎ＝１．５００）まで低下し始めるときに、表示の明るい状態とする。このようにして、少量のコントラストを犠牲しながら、液晶の屈折率の変化範囲を縮小し、それにより、必要な電圧が低下し、消費電力が削減される。

本発明の実施例は画素構造を提供し、図２に示すように、当該画素構造は第１の基板２０と、第２の基板２１と、前記第１の基板２０と前記第２の基板２１との間にある透光層２２とを含むが、この構造には、２５及び２６に示される構造が含まれていない。

その内、第１の基板２０は、第２の基板２１に向かう側に第１の反射膜２３を有し、第２の基板２１は第１の基板２０に向かう側に第２の反射膜２４を有し、第１の基板２０と第２の基板２１がファブリーペロキャビティ（Ｆａｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ、ＦＰキャビティと略称される）を形成し、ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光を利用して表示を行い、
第１の基板２０は、第２の基板２１に向かう側に第１の電極を有し、第２の基板２１は、第１の基板２０に向かう側に第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極との間の電界の大きさを調整することで透光層２２の屈折率を調整することによって、画素構造の表示輝度を調整する。

任意選択で、第１の基板２０及び第２の基板２１は透明基板であり、さらに、透明ガラス基板又は透明プラスチック基板であってもよい。任意選択で、第１の電極及び第２の電極の材料はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、酸化インジウムスズ）であり、なお、本発明の実施例における画素構造内の第１の電極は第１の基板２０の表面を覆う電極層であり、第２の電極は第２の基板２１の表面を覆う電極層である。

任意選択で、反射膜、即ち、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４はＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳのうちの１つ又は複数で形成された透明誘電体膜、金属反射膜、又は、誘電体金属を積層して形成された反射膜であり、つまり、第１の反射膜２３又は第２の反射膜２４はＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳのうち複数からなる積層構造であってもよい。

なお、本発明では、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の材料は同じであってもよいし、異なってもよい。同様に、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率は同じであってもよいし、異なってもよい。ただし、第１の反射膜２３及び第２の反射膜２４の反射率はいずれも６０％〜９９％の範囲内にあり、エンドポイント値を含む。任意選択で、第１の反射膜２３と第２の反射膜２４の間の距離、即ち、ファブリーペロキャビティの厚さ範囲は１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。

当該実施例では、液晶層内の液晶が、正の誘電異方性を有するネマチック液晶５ＣＢを使用することを例として説明する。第１の電極及び第２の電極に電圧が印加されていない場合、ＦＰキャビティ内の液晶ディレクターはランダムに配列され、光０が垂直に入射するときに、その有効屈折率はｎ_ｅｆｆになり、第１の電極及び第２の電極に電圧が印加される場合、図３ｂに示すように、電界Ｅの作用下で、液晶の偏向が飽和に達すると、液晶ディレクターは、基板２０又は２１が位置する平面にほぼ垂直になり、同じ方向で入射光０が入射するときに、液晶の屈折率は通常の屈折率ｎ_０＝１．５２９になる。つまり、本発明の実施例では、液晶ディレクターが回転するように、第１の電極と第２の電極との間の電圧を変更することによって、液晶の屈折率のｎ_ｅｆｆからｎ_ｏまでの連続的な変化が実現され、それにより、光に対する位相遅延が実現される。図１９は当該実施例の画素構造の反射透過特性の、液晶の屈折率に伴う変化のグラフである。使用のパラメータは、反射膜の反射率Ｒ＝９０％、入射光の波長λ＝６３２．８ｎｍ、液晶層の厚さｄ＝４１４ｎｍ、θ＝０°として設定される。ここで、ナノレベルの液晶層の厚さは、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の化学蒸着、或いは二酸化ケイ素の蒸着によるスペーサーとして定義できる。図１９では、実線は反射特性曲線を示し、破線は透過特性曲線を示す。本発明の実施例では、第１の電極及び第２の電極に電圧を印加することによって、液晶の屈折率をｎ_ｅｆｆ〜ｎ_ｏの間で変化させることができ、例えば、電圧が印加されていない場合又はある電圧で、液晶の有効屈折率ｎ_ｅｆｆは１．５８であり、電圧を増加して液晶分子を基板に対して完全に垂直させるときに、有効屈折率ｎ_ｏは１．５２９であるため、画素構造の透過光と反射光は明暗の間で変化し、それによって、画素構造の表示輝度の調整は、偏光子及び液晶配向層を必要とせずに実現される。

さらに、当該画素構造は２つの表示状態があってもよい。透過表示方式を例に取ると、電圧が印加されていない場合、又は、特定の電圧によって液晶の有効屈折率ｎ_ｅｆｆが１．５８になる場合、暗い状態として表示され、有効屈折率ｎ_ｏが１．５２９になるように電圧を増加する場合、明るい状態として表示され、ナノレベルの液晶層の厚さにより、液晶の応答時間は非常に高速であり、画素が明るい状態と暗い状態にとどまる時間の比率を制御することによって、画素の輝度は制御される。この画素構造は、単色光のみを変調し、例えば、赤色光、青色光又は緑色光のみを変調する。勿論、異なる色の単色光を変調する場合に、画素構造のパラメータを調整する必要がある。

本発明の実施例は、表示デバイスをさらに提供し、図７に示すように、当該表示デバイスは複数の画素構造７０を含み、当該画素構造７０は当該実施例によって提供される画素構造である。

任意選択で、当該表示デバイスは、図８に示すような単色表示デバイスであってもよい。或いは、図９に示すようなカラー表示デバイスであってもよく、図９に示すカラー表示デバイスは第１の画素構造、第２の画素構造、及び第３の画素構造を含む。

本実施例はさらに表示装置を提供し、当該表示装置は狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含み、前記表示デバイスは、図９に示すような表示デバイスである。

本実施例は投影表示システムをさらに提供し、狭帯域光源と、狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含み、当該表示デバイスは、図８に示すような第１の、第２の及び第３の単色表示デバイスである。当該投影表示システムは、図１０又は図１８に示すような反射型投影表示システムであってもよく、図１１に示すような透過型投影表示システムであってもよい。

上記表示デバイス、表示装置、及び投影表示システムに含まれる構造のパラメータは以下のようであり、
任意選択で、第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、第１の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは４１４ｎｍであり、第１の画素構造内の反射膜の反射率は９０％であり、第１の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．５２９〜１．５８であり、
第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、第２の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは３４７ｎｍであり、第２の画素構造内の反射膜の反射率は８９％であり、第２の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．５２９〜１．５８であり、
第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、第３の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２９４ｎｍであり、第３の画素構造内の反射膜の反射率は８７％であり、第３の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．５２９〜１．５８である。

光源と透過率又は反射率との対応関係は図２０から図２５に示す通りである。

本明細書の各実施例は、漸進的に説明されている。各実施例は、他の実施例との違いに焦点を当てており、各実施例の間の同じ又は類似の部分は、相互に参照することができる。開示された実施例の上記の説明は、当業者が本発明を実現又は使用することを可能にする。これらの実施例に対する様々な修正は当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施例で実施することができる。そのため、本発明は、本明細書に示される実施例に限定されず、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に符合するものである。

０ 入射光
１，２，３，４ 反射光ビーム
１′、２′、３′、４′ 屈折光ビーム
９ 画素ユニット
１１、１２ 偏光層
２０ 第１の基板
２１ 第２の基板
２２ 透光層
２３ 第１の反射膜
２４ 第２の反射膜
２５ 第１の配向膜
２６ 第２の配向膜
７０ 画素構造
９０ 第１の画素構造
９１ 第２の画素構造
９２ 第３の画素構造
１０１、１１１ 第１の狭帯域光源
１０２、１１２ 第２の狭帯域光源
１０３、１１３ 第３の狭帯域光源
１０４、１１４ 第１の表示デバイス
１０５、１１５ 第２の表示デバイス
１０６、１１６ 第３の表示デバイス
１０７ 第１のハーフミラー
１０８ 第２のハーフミラー
１０９ 第３のハーフミラー
１１０、１１７ 光合成コンポーネント
１００、１１８ 投影レンズ
ｄ ＦＰキャビティの厚さ
Ｅ 電界
θ 光線と法線との間の角度

Claims (11)

1. 狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスとを含む投影表示システムであって、
   前記表示デバイスは、複数の画素構造を含み、
   前記画素構造は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間にある透光層とを含み、
   前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の反射膜を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の反射膜を有して、前記第１の基板及び前記第２の基板はファブリーペロキャビティを形成し、前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光を利用して表示を行い、
   前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の電極を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電界の大きさを調整することによって前記透光層の屈折率を調整し、前記透光層の屈折率を調整することで前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することによって、前記画素構造の表示輝度を調整し、
   任意の２つの前記画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは同じであり、
   前記狭帯域光源の線幅が前記ファブリーペロキャビティの半高全幅より小さくなり、
   前記第１の反射膜及び前記第２の反射膜の反射率はいずれも２０％〜６０％の範囲内にあり、エンドポイント値を含む、
   ことを特徴とする投影表示システム。
2. 前記透光層は、液晶層を含み、前記第１の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第１の配向膜を有し、前記第２の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第２の配向膜を有し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は同じ摩擦方向を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記反射膜の材料は、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２又はＺｎＳの材料のうち１つ又は複数である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記表示デバイスは、第１の表示デバイス、第２の表示デバイス、及び第３の表示デバイスを含み、前記投影表示システムは、第１のハーフミラー、第２のハーフミラー、第３のハーフミラー、及び光合成コンポーネントをさらに含み、
   前記第１のハーフミラーは、前記第１の狭帯域光源から放射された第１の光線を前記第１の表示デバイスに反射し、前記第１の表示デバイスは、前記第１の狭帯域光源から放射された第１の光線を反射して、特定の光強度の第１の光線を前記第１のハーフミラーに出射し、前記第１のハーフミラーはさらに、前記第１の表示デバイスから出射された第１の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記第２のハーフミラーは、前記第２の狭帯域光源から放射された第２の光線を前記第
   ２の表示デバイスに反射し、前記第２の表示デバイスは、前記第２の狭帯域光源から放射された第２の光線を反射して、特定の光強度の第２の光線を前記第２のハーフミラーに出射し、前記第２のハーフミラーはさらに、前記第２の表示デバイスから出射された第２の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記第３のハーフミラーは、前記第３の狭帯域光源から放射された第３の光線を前記第３の表示デバイスに反射し、前記第３の表示デバイスは前記第３の狭帯域光源から放射された第３の光線を反射して、特定の光強度の第３の光線を前記第３のハーフミラーに出射し、前記第３のハーフミラーはさらに、前記第３の表示デバイスから出射された第３の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記光合成コンポーネントは、合成された光ビームを利用して投影するように、前記第１の光線、前記第２の光線、及び前記第３の光線を１つの光ビームに合成する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記表示デバイスは第１の表示デバイス、第２の表示デバイス、及び第３の表示デバイスを含み、前記投影表示システムはさらに、光合成コンポーネントを含み、
   前記第１の狭帯域光源は、第１の光線を放射し、
   前記第２の狭帯域光源は、第２の光線を放射し、
   前記第３の狭帯域光源は、第３の光線を放射し、
   前記第１の表示デバイスは、特定の光強度の第１の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記第２の表示デバイスは、特定の光強度の第２の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記第３の表示デバイスは、特定の光強度の第３の光線を前記光合成コンポーネントまで透過させ、
   前記光合成コンポーネントは、合成された光ビームを利用して投影するように、前記第１の光線、前記第２の光線、及び前記第３の光線を１つの光ビームに合成する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、前記第１の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは３０６２ｎｍであり、前記第１の表示デバイス内の反射膜の反射率は４８％であり、前記第１の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
   前記第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、前記第２の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは２５６４ｎｍであり、前記第２の表示デバイス内の反射膜の反射率は４２％であり、前記第２の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
   前記第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、前記第３の表示デバイス内のファブリーペロキャビティの厚さは２１７７ｎｍであり、前記第３の表示デバイス内の反射膜の反射率は３７％であり、前記第３の表示デバイス内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０である、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のシステム。
7. 狭帯域光源と、前記狭帯域光源の出射光路にある表示デバイスを含む表示装置であって、前記表示デバイスは複数の画素構造を含み、
   前記画素構造は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間にある透光層とを含み、
   前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の反射膜を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の反射膜を有して、前記第１の基板及び前記第２の基板はファブリーペロキャビティを形成し、前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光を利用して表示を行い、
   前記第１の基板は、前記第２の基板に向かう側に第１の電極を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板に向かう側に第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電界の大きさを調整することによって前記透光層の屈折率を調整し、前記透光層の屈折率を調整することで前記ファブリーペロキャビティの反射光又は透過光の干渉光の強度を調整することによって、前記画素構造の表示輝度を調整し、
   任意の２つの前記画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは同じであり、
   又は、
   前記表示デバイスは、複数の画素ユニットを含み、各前記画素ユニットは、少なくとも２つの画素構造を含み、同じ前記画素ユニット内の画素構造のファブリーペロキャビティの厚さは異なり、
   前記狭帯域光源の線幅が前記ファブリーペロキャビティの半高全幅より小さくなり、
   前記第１の反射膜及び前記第２の反射膜の反射率はいずれも２０％〜６０％の範囲内にあり、エンドポイント値を含む、
   ことを特徴とする表示装置。
8. 前記透光層は、液晶層を含み、前記第１の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第１の配向膜を有し、前記第２の基板は、前記液晶層に向かう側の表面に第２の配向膜を有し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は同じ摩擦方向を有する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記反射膜の材料は、ＭｇＦ _２ 、ＳｉＯ _２ 、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、ＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 又はＺｎＳの材料のうち１つ又は複数である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
10. 前記狭帯域光源は、第１の狭帯域光源、第２の狭帯域光源、及び第３の狭帯域光源を含み、前記画素ユニットは第１の画素構造、第２の画素構造、及び第３の画素構造を含み、
    前記第１の画素構造は、表示のために前記第１の狭帯域光源から放射された光線を透過
    させ、前記第２の画素構造は、表示のために前記第２の狭帯域光源から放射された光線を透過させ、前記第３の画素構造は、表示のために前記第３の狭帯域光源から放射された光線を透過させる、
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 前記第１の狭帯域光源は、波長が６３２．８ｎｍである赤色光を放射するレーザー光源であり、前記第１の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは３０６２ｎｍであり、前記第１の画素構造内の反射膜の反射率は４８％であり、前記第１の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
    前記第２の狭帯域光源は、波長が５３０ｎｍである緑色光を放射するレーザー光源であり、前記第２の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２５６４ｎｍであり、前記第２の画素構造内の反射膜の反射率は４２％であり、前記第２の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０であり、
    前記第３の狭帯域光源は、波長が４５０ｎｍである青色光を放射するレーザー光源であり、前記第３の画素構造内のファブリーペロキャビティの厚さは２１７７ｎｍであり、前記第３の画素構造内の反射膜の反射率は３７％であり、前記第３の画素構造内の液晶層の屈折率の変化範囲は１．４９８〜１．５５０である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。

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