[发明专利]光源与投影型显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及光源与投影型显示设备，更具体而言，涉及使用表面等离激元（surface plasmon）的光源与投影型显示设备。

背景技术

近些年来，使用发光二极管（LED）作为光源的投影仪已引起关注。此类投影仪具有LED、从LED发射的光进入的照明光学系统、根据视频信号调制来自于照明光学系统的光并发射所调制的光的调制元件，以及将来自于调制元件的光投影到屏幕上的投影光学系统。

关于上述投影仪，需要高效使用从光源发射的光作为投影光，以便增加投影图像的亮度。为了能够高效使用从光源发射的光作为投影光，需要将作为光源的光发射面积与辐射角的乘积而获得的光学扩展量(etendue)设置为小于或等于调制元件的光接收面积与由照明光学系统的F数确定的接收角度的乘积。

在一些情况下，在上述投影仪中，使用具有偏振光依赖性的元件，例如液晶面板，作为调制元件。在这些情况中，由于从LED发射的光是随机偏振光，因此高效使用从光源发出的光作为投影光需要将随机偏振转换为特定偏振。

关于将随机偏振转换为特定偏振的技术，存在专利文献1中描述的平面照明设备。该平面照明设备具有光导板、在光导板下方提供的阶梯微棱镜、在光导板上提供的偏振分离膜，以及在偏振分离膜上提供的上盖。偏振分离膜具有金属薄膜夹在第一低折射率透明介质与第二低折射率透明介质之间的结构。

在上述平面照明设备中，来自于光源的光进入光导板并且穿过光导板传播，同时被微棱镜进行角度转换。当光由第一边界，即光导板与第一低折射率透明介质之间的边界，全反射时，在金属薄膜处由与反射同时产生的倏逝波激发表面等离激元。当表面等离激元在金属薄膜处被激发时，与表面等离激元的激发过程相反过程发生在第二边界，即第二低折射率透明介质和上盖之间的边界。光产生在第二边界处，并穿过上盖来发射。

在撞击第一边界的光中激发等离激元的光仅仅是具有平行于第一边界的电场分量的TM偏振光。因为在第二边界处产生的光是通过与表面等离激元激发过程相反的过程来产生的，因此在第二边界处产生的光是TM偏振光，如同激发表面等离激元的光一样。因此，平面照明设备可以在发射光之前将随机偏振转换为特定偏振。

专利文献

专利文献1：JP2003-295183A

发明内容

技术问题

在如专利文献1描述的平面照明设备中，光的角度转换由微棱镜完成。因此在光导板中的光向各种方向传播，并在各种方向上撞击第一边界。在这种情况下，在金属薄膜处生成在各种方向上传播的表面等离激元，并且在第二边界处产生的光也在各种方向上发射。其结果是，光学扩展量增加，并且从光源发射的光不能有效地用作投影光。

本发明的目的是提供一种能够解决上述在将随机偏振转换为特定偏振时光学扩展量增加的问题的光源和投影型显示设备。

问题的解决方案

根据本发明，提供了一种光源，该光源包括发射层，以及在发射层上顺序堆叠的第一透明电介质层、金属层和第二透明电介质层，其中用作表面等离激元激发装置的凹凸结构形成在金属层和第一透明电介质层之间的界面处，该表面等离激元激发装置用于通过从发射层入射在界面上的光中在垂直于与界面共面的第一方向的偏振方向上的特定偏振分量来激发表面等离激元，该凹凸结构在界面中垂直于第一方向的第二方向上是周期的，凹凸结构的各个凸起沿第一方向延伸，并且其中，光产生装置形成在金属层与第二透明电介质层之间的界面处，用来根据通过表面等离激元激发装置由特定偏振分量激发的表面等离激元，从在金属层和第一透明电介质层之间的界面处产生的表面等离激元产生具有与特定偏振分量相同的偏振分量的光。

根据本发明，还提供了一种投影型显示设备，该设备包括上述光源、根据视频信号调制来自光源的光并发出调制的光的调制元件，以及投影从调制元件发出的光的投影光学系统。

发明的有益效果

根据本发明，随机偏振可以转换为特定偏振，而并不增加光学扩展量。

附图说明

图1是示出本发明第一示例性实施例中的光源的立体图。

图2是解释本发明第一示例性实施例中的光源操作的示意图。

图3是示出第一衍射光栅的形状的截面图。

图4是示出在表面等离激元和光中的色散关系的示例的示意图。

图5是示出在表面等离激元和光中的色散关系的另一示例的示意图。

图6是根据本发明第一示例性实施例的投影仪的构造示例的布局图。