(57)【要約】【課題】  従来の液晶ディスプレイ等と比較して、小型高解像度で、光源からの射出光の利用効率が非常に高く、またコントラストの高い表示素子および表示装置を提供することを課題とする。【解決手段】  所定の波長域に対するフォトニックバンドギャップを形成する周期構造中に、該周期構造が線状に乱されてなる線欠陥からなる導波路と、該周期構造が点状に乱されてなる点欠陥からなり該導波路と近接して所定のパターンで配置された複数の共振器と、を有する光機能素子において、該複数の共振器は外部からの信号によりそれぞれ共振波長が可変であって、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を一致させることで該導波路内の光を取り出して該光機能素子外へ放出する第１の状態と、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を異なる波長とすることで該導波路内の光の該光機能素子外への放出を遮断する第２の状態とを有することを特徴とする光機能素子。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元以上の方向に屈折率の周期分布を有することで所定の波長域に対するフォトニックバンドギャップを形成する周期構造中に、該周期構造が線状に乱されてなる線欠陥からなる導波路と、該周期構造が点状に乱されてなる点欠陥からなり該導波路と近接して所定のパターンで配置された複数の共振器と、を有する光機能素子において、
該複数の共振器は外部からの信号によりそれぞれ共振波長が可変であって、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を一致させることで該導波路内の光を取り出して該光機能素子外へ放出する第１の状態と、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を異なる波長とすることで該導波路内の光の該光機能素子外への放出を遮断する第２の状態とを有することを特徴とする光機能素子。
【請求項２】
前記周期構造は、板状の基板内に該基板を形成する媒質よりも屈折率の低い媒質を基板表面と平行な面内に周期的に配列してなることを特徴とする請求項１に記載の光機能素子。
【請求項３】
前記共振器は屈折率が外部からの信号により変化可能な媒質を含むことで共振波長を可変とすることを特徴とする請求項１乃至２に記載の光機能素子。
【請求項４】
前記媒質は、電界の印加により、少なくても所定の方向に関する屈折率が変化する媒質であることを特徴とする請求項３に記載の光機能素子。
【請求項５】
前記複数の共振器は、前記導波路の両側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の光機能素子。
【請求項６】
前記導波路は、それぞれ平行に複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の光機能素子。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の光機能素子と
該光機能素子の導波路に所定の波長を含む光を導入する光源とを含み、外部からの信号により該複数の共振器の共振波長をそれぞれ変化させることで任意のパターンを表示することを特徴とする表示素子。
【請求項８】
前記光源は単一の波長を有する光を前記導波路に導入し、前記複数の共振器はそれぞれ該波長を共振波長とできることを特徴とする請求項７に記載の表示素子。
【請求項９】
前記光源は複数の波長を含む光を前記導波路に導入し、前記複数の共振器はそれぞれ該複数の波長の内のいずれか特定の波長を共振波長とできることを特徴とする請求項７に記載の表示素子。
【請求項１０】
前記光源は複数の波長を含む光を前記導波路に導入し、前記複数の共振器はそれぞれ該複数の波長内のいずれかの波長を選択して共振波長とできることを特徴とする請求項７に記載の表示素子。
【請求項１１】
前記光源は，フォトニック結晶により共振器を構成したフォトニック結晶レーザであることを特徴とする請求項７乃至１０に記載の表示素子。
【請求項１２】
前記表示素子の表示面には、前記共振器以外の場所から放出する光を遮光する遮光板が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１１に記載の表示素子。
【請求項１３】
請求項７乃至１２に記載の表示素子と、
該表示素子に対して表示する情報に対応した信号を与える制御手段を有する表示装置であって、
該制御手段はそれぞれの共振器に対して光の放出状態を決定する信号を与えることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
前記制御手段はそれぞれの共振器に対して、所定の時間周期以下の時間内に順次光の放出状態を決定する信号を与えることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記共振器に対して与える信号と同期して前記光源に対して導波路に導入する光の強度を制御することを特徴とする請求項１３乃至１４に記載の表示装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５に記載の表示装置と、接眼光学系を有することを特徴とする画像観察システム。
【請求項１７】
請求項１３乃至１５に記載の表示装置と、投影光学系を有することを特徴とする画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光源からの光束を各画素毎に変調することで画像を表示する表示素子、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光源からの光束を各画素毎に変調し、画像を表示する平面表示素子として、液晶ディスプレイが知られている。一般的な液晶ディスプレイは、図１４に示すようにバックライト１０１、第１偏光板１０２、液晶１０３、第２偏光板１０４から構成される。
【０００３】
バックライト１０１から射出された光束は、第１偏光板１０２を通過して直線偏光となり、画素構造を有する液晶１０３で画素ごとに印加電圧を制御して直線偏光の向きを変え（あるいは、楕円偏光にし）、第２偏光板１０４で透過軸に沿った偏光成分を選択的に透過させることにより、画素ごとの明るさを制御する。例えば、第１偏光板１０２と第２偏光板１０４の透過軸を一致させて配置し、液晶１０３は電圧を印加しない状態では入射直線偏光を偏光軸が９０度回転されて射出するように、電圧を印加した場合は偏光軸をほぼ保持するように設定しておく。ＯＦＦ表示時には液晶に電圧を印加せず、第１の偏光板１０２を通過した直線偏光は液晶１０３で偏光軸が９０度回転するため、第２の偏光板１０４を通過することができない。またＯＮ表示時には液晶に電圧を印加し、第１の偏光板１０２を通過した直線偏光は偏光軸がほぼそのまま保持されるため、第２の偏光板１０４を通過することができる。これにより画素毎に表示のＯＮ／ＯＦＦを制御し、画像を表示する。
【０００４】
一方、近年、周期的な誘電体構造を有することにより、光の伝播をコントロールすることのできるフォトニック結晶についての開示が特開２００１−２７２５５５、特開２００２−３６５５９９等になされている。
【特許文献１】特開２００１−２７２５５５
【特許文献２】特開２００２−３６５５９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶ディスプレイは２枚の偏光板を用いるため、光源から射出した光の利用効率が３０％程度と非常に低いという問題を有する。さらに小型で高解像度のディスプレイを構成するためには、各画素を個別に駆動するための回路により、各画素の透過部が非常に小さくなり開口率が低下し、前述の偏光板による影響も含めると、利用効率は数％程度しか得ることができない。この駆動回路による影響を低減する手段として、反射型の液晶を用いる方法がある。反射面を有する基板側に回路を設けることにより、開口率による利用効率低下を抑えることができるが、図１４に示すような透過型液晶を用いた場合に比較し、照明光を表示側から入射させる必要があるため、装置が大型化するという問題が生じる。
【０００６】
一方、上記フォトニック結晶によれば、極めて小さな損失のもとに光の伝播をコントロ−ルすることが可能である。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の液晶ディスプレイ等と比較して、小型高解像度で、光源からの射出光の利用効率が非常に高く、またコントラストの高い表示素子を構成できる光機能素子、およびそれを用いた表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る光機能素子は２次元以上の方向に屈折率の周期分布を有することで所定の波長域に対するフォトニックバンドギャップを形成する周期構造中に、該周期構造が線状に乱されてなる線欠陥からなる導波路と、該周期構造が点状に乱されてなる点欠陥からなり該導波路と近接して所定のパターンで配置された複数の共振器と、を有する光機能素子において、該複数の共振器は外部からの信号によりそれぞれ共振波長が可変であって、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を一致させることで該導波路内の光を取り出して該光機能素子外へ放出する第１の状態と、該導波路内を伝播する光の波長と該共振波長を異なる波長とすることで該導波路内の光の該光機能素子外への放出を遮断する第２の状態とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る表示素子は、上記光機能素子と該光機能素子の導波路に所定の波長を含む光を導入する光源とを含み、外部からの信号により該複数の共振器の共振波長をそれぞれ変化させることで任意のパターンを表示することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る表示装置は、上記の表示素子と、該表示素子に対して表示する情報に対応した信号を与える制御手段を有する表示装置であって、該制御手段はそれぞれの共振器に対して光の放出状態を決定する信号を与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
小型高解像度で、光源からの射出光の利用効率が非常に高く、またコントラストの高い表示素子および表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明にかかる表示素子、及びそれを用いた表示装置の基本的な概念を図１〜６を用いて説明する。
【００１３】
入射光の波長以下の構造を周期的に配列することによって電磁波の透過・反射特性などを制御可能で、電磁波の波長を光の波長オーダーにまで小さくすることによって、光の透過・反射特性を制御することができる。このような構造物はフォトニック結晶として知られている。また、この構造を２次元、又は３次元的な微細周期構造にすることによって、ある波長域において光損失が無損失のほぼ１００％の反射率を有する反射ミラーを実現できることが示唆されている。このある波長域で反射率をほぼ１００％にすることができる概念は、従来の半導体が持つエネルギーギャップとの比較から、所謂フォトニックバンドギャップ（以下、ＰＢＧ）と言われている。このＰＢＧは、対応するある波長領域において当該構造内の光の伝播を禁止する。
【００１４】
図１（ａ）は２次元な微細周期構造を持つフォトニック結晶であって、本発明にかかる表示素子を構成する光機能素子の基本構造Ｓを示す図である。図１（ａ）において、可視域波長に対して透明な第１の材料（屈折率ｎ１）によるスラブ構造（平板）１１中に、同様に可視域波長に対して透明で、かつ第１の材料よりも屈折率が低い第２の材料（屈折率ｎ２）による円柱１２を三角格子状に配列している。ここで、材料の屈折率ｎ１、ｎ２、円柱１２の直径、配列間隔などを最適化することにより、所望の波長域にＰＢＧを形成することができる。構造Ｓのスラブ面内（ｘｙ面内）に電場の振動方向を有する直線偏光のｙ方向の分光透過率Ａを図１（ｂ）に示す。図中、透過率が低い波長領域がＰＢＧを示す。上述のようにＰＢＧに対応する波長領域の光は基本構造Ｓの内部を伝播できない結果、基本構造Ｓの表面で完全に反射されて、基本構造Ｓの内部に侵入することができない。図１（ｂ）はｙ方向の分光透過率を示しているが、ｘｙ面内においてはいずれの方向に伝播する光に対しても同様なＰＢＧが形成されている。
【００１５】
なお、ＰＢＧに対応する波長領域を広くするためには各材料の屈折率の比（ｎ１／ｎ２）は２以上が望ましい。第１の材料としては例えばＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などを、第２の材料としては例えば空気などを用いることができる。
【００１６】
図２は、図１（ａ）に示したスラブ内に形成された基本構造Ｓ内に周期を乱す線状欠陥を設けた場合について示す図である。図２（ａ）に示すように、フォトニック結晶である基本構造Ｓ中に設けられた線状欠陥中には導波モードが存在し、低損失の導波路１３を形成できる。このような導波路１３を形成すると、ＰＢＧ内の周波数を持ち本来はフォトニック結晶の内部を伝播できない光が導波路１３を介して伝播可能となる。この結果、スラブ面内（ｘｙ面内）に電場の振動方向を有する直線偏光の導波路１３部分での分光透過率Ｂは、例えば図２（ｂ）に示すようになる。
【００１７】
線状欠陥は、円柱１２を線状に抜いたり、線状に異なる直径の円柱を配置したりするなど、部分的に周期構造の周期性を変化させることにより形成される。このとき円柱１２の直径や導波路１３の幅、導波路に隣接する円柱の直径や形状を変化させることにより、導波波長域Ｂの中心波長や波長幅を所望の値に設定することができる。
【００１８】
なお、上記で説明したように、スラブは比較的高い屈折率ｎ１を有する材料から構成されているため、スラブ表面と略平行に伝播する光はスラブ表面で全反射することにより、ｚ方向には漏れない。
【００１９】
図示しない光源から構造Ｓのスラブ面内（ｘｙ面内）に電場の振動方向を有する直線偏光の光束を導波路１３に導くと、導かれる光束の波長により伝播状態が変化する。波長領域αの光は、ＰＢＧ内でかつ導波波長域内であるため、導波路１３内を低損失で伝播する。波長領域βの光は、ＰＢＧ内でかつ導波波長域外であるため、導波路１３を含む構造Ｓ内に存在することができないため、基本構造Ｓの表面で反射される。波長領域γの光は、ＰＢＧ外であるため、導波路１３内に限らず基本構造Ｓ内全体を伝播する。
【００２０】
図３は、基本構造Ｓ内に周期を乱す点状欠陥による共振器１４を形成した例について示す図である。フォトニック結晶においては、内部に有する周期構造による光の回折、多重散乱に起因してＰＢＧを生じるため、当該周期構造の周期数が少ない場合には、ＰＢＧの存在に関わらず一定割合の光が透過することとなる。このため、図３（ａ）に示すように、導波路１３の近傍に点状周期欠陥を設けて共振器１４を形成することにより、導波路１３の導波波長域内に設定された共振器１４の共振波長に一致する波長の光を、導波路１３中を伝播する光から一定の割合だけ共振器１４内に取り出すことができる。当該取り出された光は共振器１４内部で共振している間にスラブ表面を透過し、ｚ方向に射出させることができる。
【００２１】
導波路１３中から共振器１４に取り出す光の割合が高い場合には、導波路１３と共振器１４間の周期構造の周期数は１から３周期程度であることが好ましい。一方、周期数が１０周期以上の場合には、当該周期内でほぼ完全に光が反射されて導波路１３中からの光の取り出しが困難になり好ましくない。但し、周期構造を構成する材料の屈折率やＰｈＣ構造、欠陥構造による導波路、共振器の固有モード形状、面内および上下方向のＱ値により、周期構造の周期数と反射率の関係が変化するため、導波路１３と共振器１４間の周期構造の周期数は用いられる周期構造により、適宜決定される。
【００２２】
このとき、共振器１４が完全にｚ方向に対称形である場合、光はｚの正負両方向（紙面上下両方向）に射出されてしまう。そこで、円柱の直径をｚ軸方向に変化させたり、少なくとも共振器１４付近を屈折率の異なる２種類の材料でｚ方向に挟むなどして、共振器１４にｚ方向非対称性を導入することにより、所望の方向、例えばｚの正方向にのみ、光を射出させることができる。
【００２３】
共振器を構成する点状周期欠陥は、一つあるいは複数個の円柱１２の直径を変化させたり、位置をずらす、取り除く、あるいは屈折率がｎ１、ｎ２とは異なる第３の材料により円柱を設けることなどにより形成される。これら点状欠陥形状や屈折率を変化させることにより共振器１４の共振波長を、また導波路１３と共振器１４の間隔を変化させることにより取り出し効率を所望の値にすることができる。
【００２４】
ここで、共振器１４を電界の印加により、少なくても所定の方向に関する屈折率を変化することができる電気光学効果を有する非線形材料１５を用いて形成し、電界の印加により非線形材料１５の少なくともｘｙ面内の屈折率を変化させて共振波長を変化させることにより、光の取り出しをＯＮ／ＯＦＦするようなスイッチングをすることができる。図３（ｂ）は非線形材料１５の屈折率を変化した場合の共振器１４の共振波長の変化を示す図である。共振器１４の共振波長は、非線形材料１５の屈折率が大きくなるのに伴い、図３（ｂ）に示すように、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と長波長側に変化する。共振器１４の共振波長が導波路１３内を伝播する光の波長と異なる場合には、導波路１３内の光は共振器１４に入りこむことができないこととなる。以上により、波長Ｃの光を導波路１３内に導光した場合に、電界の制御により非線形材料１５の屈折率を制御して、共振器１４の共振波長をＤ１（ＯＦＦ）とＤ３（ＯＮ）の間で切り替えることにより、共振器１４を介してのｚ方向への光の取り出しをＯＮ／ＯＦＦすることができる。非線形材料１５としては、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯや液晶などを用いることができる。
【００２５】
図４は図３（ａ）のＥ−Ｅ’面での断面図である。スラブ構造１１の上面には、透明電極１６、下面にはＴＦＴ構造１７が形成されており、信号線１８によりＴＦＴ制御信号が与えられ、非線形材料１５に電界が印加される。また、透明電極１６を構成する材料の屈折率と非線形材料１５の屈折率の差を、ＴＦＴ構造１７を構成する材料の屈折率と非線形材料１５の屈折率の差より、小さく設定することにより共振器１４の上下方向の非対称性を導入し、ｚの正の方向にのみ光を取り出す構成としている。
【００２６】
図５は本発明に係る表示素子の基本的な構成を上面から見た場合を示し、図６はその表示素子の断面図を示す図である。図５に示すとおり、表示素子は共振器１４を導波路１３の方向と平行に複数個配置して構成される。各共振器１４には、図６に示すようにＴＦＴ構造１７が独立して形成され、各共振器毎にＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となっており、それぞれが表示素子の画素を形成する。
【００２７】
結合光学系２０により導波路１３にレーザ光源を含む光源手段１９から射出された光を導光し、図示しない制御回路は表示したい画素に相当する共振器１４のＴＦＴをＯＮにして電界を印加して、図３に示した原理により共振器１４を介して導波路１３から光を順次取り出すことで、各共振器１４を一つの画素として画像表示を行うことができる。
【００２８】
また、図５に示すように一つの導波路１３に近接して複数の共振器１４を設けた場合には、より光源に近い共振器から光を取り出した際に、より光源から遠い共振器から取り出される光の強度が低下する問題を生じる。この場合には、一つの導波路１３に近接して配置された複数の共振器１４間で、観察者の眼の残像許容時間内に順次光の取り出しを行うことにより、走査画像を一つの画像として違和感無く観察させることができる。また各画素の表示（共振器のＯＮ／ＯＦＦ）に同期して、レーザ光源１９の出力を変化させることにより、階調表示も可能となる。
【００２９】
図５において、可視域の光に対してＰＢＧを形成するためには円柱１２の配列間隔は数百ｎｍとなる。このため、共振器１４の配列間隔を数μｍ以上として、共振器間のフォトニック結晶が表示に用いられる光を略完全に反射可能となるように複数個の円柱１２（例えば１０周期）を配置することにより、隣接する共振器間での影響を無くしている。
【００３０】
光源手段１９のレーザ光源は、射出光の偏光方向がスラブ面内（ｘｙ面内）に電場の振動方向を有する向きに配置され、また結合光学系２０は導波路入射端でのモードプロファイルが導波路１３の固有モードと一致するように設定され、効率良く射出光が導波路１３に導光されるようにしている。
【００３１】
以上のように構成することにより、小型高解像度で、光源からの射出光の利用効率が非常に高く、またコントラストの高い表示素子を実現することができる。
【００３２】
図１〜５においては、円柱１２の配列を三角格子形状としたが、その他の格子配列、例えば正方格子、蜂の巣状格子でも良い。またスラブ構造１１中に形成する第２の材料による周期構造は円柱ではなく、三角柱、四角柱、六角柱、球、回転楕円体などでも良い。また円柱１２の屈折率ｎ２はスラブ構造１１の屈折率ｎ１より大きくても良い。ただし各材料の屈折率の比（ｎ２／ｎ１）は２以上が望ましく、ＰＢＧの波長幅を広くすることができるため、３以上がより望ましい。
【００３３】
また、図５において、スラブ構造１１内に、フォトニック結晶により共振器を構成したフォトニック結晶レーザを配置して光源とすることにより、より小型化が可能となり、また結合光学系による結合損失も低減でき、より光利用効率を向上させることができる。
【００３４】
図７は本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図である。図７に示す表示素子は、図５に示す導波路１３および共振器１４のアレイをｘ方向に複数並べることにより構成される。ここで、第１のアレイを構成する導波路１３と共振器１４は、隣接する第２のアレイを構成する導波路１３’と共振器１４’から十分離れた位置に配置され、相互の影響がないように設定されている。このように画素（共振器）をｘｙ方向に多数（例えば、ｙ方向に８００個、ｘ方向に６００個）配列することにより、２次元表示素子が形成される。また、例えばＲＧＢの各色に対応した波長の光を異なる導波路１３にそれぞれ導入し、各導波路１３の近傍に設けた共振器１４の共振波長を当該波長に一致させることによっても、複数色表示素子が実現できる。
【００３５】
図８は本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図である。図７に示すように、光源手段１９のレーザ光源は各導波路１３毎にそれぞれ配置しても良いし、図８に示すように全ての導波路を接続して、一つのレーザ光源のみで全て画素に光を供給するようにしても良い。なお、図８においては、簡単のため、導波路、光源以外は省略してある。
【００３６】
図９は本発明に係る表示素子に対して画素部以外の部分に遮光部材を設けた例を示す図である。製造誤差などによる円柱の配列の乱れや表面荒れなどにより、図５に示したような表示素子構造においてスラブ構造１１表面での全反射条件を満たさなくなり、共振器１４以外の場所から散乱光や漏れ光を生じる可能性が考えられる。このような光は画像を表示した場合に、画質を低下させる原因となる。このような光を遮断するために、図９に示すように表示面側（表示光の射出側）の共振器上面以外に遮光部２１を設けることにより、より高い表示品質を得ることができる。
【００３７】
以上述べたように、共振器１４をｘｙ面内に配列し、図示しない制御回路により観察者の眼の残像許容時間内に各画素に対応する共振器１４を順次ＯＮ／ＯＦＦすることにより、小型高解像で高効率、高画質の２次元表示素子および当該表示素子を含む表示装置が実現できる。
【００３８】
図１０は本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図である。図１０に示す表示素子では、図７に示したものに比べて共振器１４が導波路１３の両側に配列され、実質的に画素数の密度を高めている。図７に示した部材と同じ部材には同様の符号を付してある。このように構成することにより、構造の簡略化、レーザ光源の個数削減が可能となる。なお、図１０では共振器１４’と共振器１４”は互いに影響が無いように十分離れた位置に配置されることが好ましい。例えば周期構造の１０周期以上離れた位置に配置されることが好ましい。
【００３９】
図１１は、本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図であって、特に複数色を表示可能な表示素子を示す図である。導波路１３の近傍に共振器１４を配置する点で基本的な構造は図５に示した表示素子と同じであるが、複数波長の光を射出可能な光源２２を用いていることと、異なる共振波長を有している共振器２３、２４を有している点が異なる。導波路１３の導波波長域内の波長λ１、λ２の複数のレーザ光源を含む光源手段２２からの光を結合光学系２０により導波路１３に導光し、共振波長がそれぞれλ１、λ２の共振器２３、２４により、導波路からそれぞれの波長の光を取り出すことにより、それぞれの波長に対応した色の表示ができる。
【００４０】
ここでは、光源手段２２が二つの波長の光を発する場合について説明したが、これに限定されることなく、三つ以上の波長の光を発する光源と、それぞれの波長に対応する共振器を組み合わせて用いてもよい。さらに、図１１においては、複数の波長の光を発する光源を用いた場合を示したが、それぞれ異なる波長の光を発する複数の光源を導波路１３に接続して用いることも可能である。さらに、光源としてベースとなるフォトニック結晶のＰＢＧ内で一定の広がりを持つ光を発する光源を用いて、共振器として所望の波長に対応する共振器を組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
図１２は、複数の共振波長を有する共振器の特性について示す図である。図１２に示すような特性を持つ共振器を用いることにより、１つの共振器（画素）により複数色の表示をすることもできる。
【００４２】
前述したように、共振器を構成する非線形媒質の屈折率を電界を印加して制御することにより、共振器の共振周波数を変化させることができる。図１２において、Ａは基本構造の分光透過率、Ｂは線状欠陥導波路の導波波長域、Ｃ１、Ｃ２は導波路内を伝播する光源波長、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は印加電圧をそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３と変化させた時の共振器の共振波長を表している。図示しない制御回路は、波長Ｃ１に相当する色を表示したい場合は電圧Ｖ２を、波長Ｃ２に相当する色を表示したい場合は電圧Ｖ３を、それぞれ非線形媒質に印加する。これにより、一つの共振器により、複数色の表示が可能となる。
【００４３】
以上の構成により、複数色、例えば赤、緑、青の３色によるカラー表示が可能な小型高解像で高効率、高画質の２次元表示素子および当該表示素子を含む表示装置が実現できる。
【００４４】
図１３（ａ）は画像観察システムの実施例を示す。画像観察システム３０は、本発明による表示素子を用いた表示装置３１、接眼光学系３２を有し、接眼光学系３２により表示装置３１の表示面の拡大虚像を観察眼３３に導くことにより、観察者は表示装置３１に表示された画像を観察することが出来る。
【００４５】
図１３（ｂ）は画像投影システムの実施例を示す。画像投影システム４０は、本発明による表示素子を用いた表示装置４１、投影光学系４２を有し、投影光学系４２は表示装置４１の表示面の拡大実像をスクリーン４３に形成する。以上のように、本発明による表示装置を用いることにより小型高解像で高画質、かつ高効率のため低消費電力な画像表示システム、画像投影システム、携帯情報端末などを実現することが出来る。
【００４６】
なお、前述のように図５の実施例においては、結合光学系２０により外部からスラブ構造１１内の導波路１３に導光していたが、スラブ構造１１内に、フォトニック結晶により共振器を構成したフォトニック結晶レーザを配置することにより、より小型化が可能となり、また結合光学系による結合損失も低減でき、より光利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかる表示素子の基本構造（ａ）、及び基本構造内の所定の光束に対する分光透過率（ｂ）を示す図
【図２】表示素子の基本構造内に線状周期欠陥を設けた場合を示す図
【図３】表示素子の基本構造内に形成した点状周期欠陥による共振器（ａ）、及び共振器内の非線形材料の屈折率を変化した場合の共振波長の変化（ｂ）を示す図
【図４】基本構造内に形成した共振器の屈折率を変化させるための構成を示す図
【図５】本発明に係る表示素子の基本的な構成を示す上面図
【図６】本発明に係る表示素子の基本的な構成を示す断面図
【図７】本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図
【図８】本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図
【図９】本発明に係る表示素子に対して画素部以外の部分に遮光部材を設けた例を示す図
【図１０】本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図
【図１１】本発明に係る表示素子の基本的な構成の別の例を示す図
【図１２】複数の共振波長を有する共振器の特性を示す図
【図１３】本発明に係る表示素子を用いた画像観察システム（ａ）、及び画像投影システム（ｂ）の実施例を示す図
【図１４】従来の一般的な液晶ディスプレイの構成を示す図
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ  基本構造
Ａ  分光透過率
Ｂ  線状欠陥導波路の導波波長特性
１１  スラブ構造
１２  円柱
１３、１３’、１３”  導波路
１４、１４’、１４”、２３、２４  共振器
１５  非線形材料
１６  透明電極
１７  ＴＦＴ構造
１９、２２  光源手段
２０  結合光学系
３０  画像観察システム
３１、４１  表示装置
３２  接眼光学系
４０  画像投影システム
４２  投影光学系
４３  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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