JP2002517012A - 非吸収性カラーフィルターを使用する効率的なカラーディスプレイ - Google Patents
非吸収性カラーフィルターを使用する効率的なカラーディスプレイInfo
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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- G02F1/133514—Colour filters
- G02F1/133521—Interference filters
Abstract
(57)【要約】
非吸収性で反射性のカラーフィルタリングアレイおよびレフレクターを有し、光の利用効率を改善するディスプレイシステムを提供する。上記カラーフィルタリングアレイの一実施態様は、互いに結合された二つの対称の金属と誘電体のインターフェースを有する表面プラズモンフィルターを使用して、一方のインターフェース上に、表面プラズモン共振波長の透過光波を、他方のインターフェース上のｐ−偏光入力ビームから生成させる。カラーフィルタリングアレイの別の実施態様は、二つの誘導体層（３２０）と三つの金属薄膜（３１０ａ、ｂ）を有する金属薄膜干渉フィルターを使用する。
Description
【０００１】
本発明は、少なくとも一種の選択された色を有するディスプレイに関し、さら
に詳しくは光強度変調器とカラーフィルターの組合せに基づいたカラーディスプ
レイに関する。
に詳しくは光強度変調器とカラーフィルターの組合せに基づいたカラーディスプ
レイに関する。
【０００２】
液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）は、ハンドヘルド機器（すなわち電子オーガ
ナイザーと電子計算機）、携帯用電子機器（すなわちラップトップ型計算機とカ
ムコーダ）を含めて、大型のグラフィックディスプレイとビデオディスプレイま
で多くの用途に使用されている。液晶ディスプレイは、各々液晶物質を充填した
画素セルのアレイで形成することができる。液晶物質の分子は、棒状の形態を有
し、その配向は外部電界を使用することによって制御することができる。これは
、液晶物質と相互に作用する光の分極を変調する手段を提供する。したがって、
光の強度は、適正な偏光素子を用いることによって、ＬＣＤアレイで変調するこ
とができる。その結果、周囲光または光源からの光ビームで照明される画素セル
内の電界を制御することによって、空間強度パターンを、ＬＣＤアレイ内に得る
ことができる。
ナイザーと電子計算機）、携帯用電子機器（すなわちラップトップ型計算機とカ
ムコーダ）を含めて、大型のグラフィックディスプレイとビデオディスプレイま
で多くの用途に使用されている。液晶ディスプレイは、各々液晶物質を充填した
画素セルのアレイで形成することができる。液晶物質の分子は、棒状の形態を有
し、その配向は外部電界を使用することによって制御することができる。これは
、液晶物質と相互に作用する光の分極を変調する手段を提供する。したがって、
光の強度は、適正な偏光素子を用いることによって、ＬＣＤアレイで変調するこ
とができる。その結果、周囲光または光源からの光ビームで照明される画素セル
内の電界を制御することによって、空間強度パターンを、ＬＣＤアレイ内に得る
ことができる。
【０００３】 ＬＣＤの隣接する画素セルに異なるカラーフィルターを使用して光をフィルタ
リングすることによってカラー画像を得ることができる。例えば、多くのカラー
ＬＣＤは、三つの隣接する画素セルをグループにして単一のカラー画素を形成す
る。三つの色素カラーフィルターがカラー画素の三つの画素セルに使用されてそ
れぞれ三原色すなわち赤、緑および青を生成する。各色素カラーフィルターは、
所望の原色の光を透過し、その外の色の光を吸収する色素を含有している。
リングすることによってカラー画像を得ることができる。例えば、多くのカラー
ＬＣＤは、三つの隣接する画素セルをグループにして単一のカラー画素を形成す
る。三つの色素カラーフィルターがカラー画素の三つの画素セルに使用されてそ
れぞれ三原色すなわち赤、緑および青を生成する。各色素カラーフィルターは、
所望の原色の光を透過し、その外の色の光を吸収する色素を含有している。
【０００４】 色素カラーフィルターを備えたカラーＬＣＤの一つの限界は、その入力光を利
用する際のそれらカラーＬＣＤの効率が比較的低いということである。実際には
、白色ビームの約１／３しか、カラーディスプレイに利用されない。残りは色素
フィルターに吸収される。ＬＣＤアレイには、偏光が必要であるから、非偏光入
力ビームの約１／２は、入力ビームを偏光させる際に失われる。したがって、こ
のようなカラーＬＣＤの最大光利用効率は１／６未満〜１７％未満である。この
ように効率が低いため、有意に、画像の明るさが低下しかつ与えられた光源の電
力消費量が増大する。
用する際のそれらカラーＬＣＤの効率が比較的低いということである。実際には
、白色ビームの約１／３しか、カラーディスプレイに利用されない。残りは色素
フィルターに吸収される。ＬＣＤアレイには、偏光が必要であるから、非偏光入
力ビームの約１／２は、入力ビームを偏光させる際に失われる。したがって、こ
のようなカラーＬＣＤの最大光利用効率は１／６未満〜１７％未満である。この
ように効率が低いため、有意に、画像の明るさが低下しかつ与えられた光源の電
力消費量が増大する。
【０００５】
本発明は、非吸収性カラーフィルターに基づいたカラーＬＣＤを開示する。各
非吸収性カラーフィルターは選択された色の光を透過し、その外の色を反射する
。異なる色に用いる複数の異なる非吸収性カラーフィルターが、ＬＣＤアレイ上
に形成されて所望の色効果が起こる。一つのカラーフィルターからの反射光は、
レフレクターによってカラーフィルターの方に戻され、他のカラーフィルターに
よってフィルタリングされた後、ＬＣＤアレイに到達する。フィルタリングしか
つ反射するこのプロセスは、反射光を再利用するので入力光を利用する効率は有
意に増大する。
非吸収性カラーフィルターは選択された色の光を透過し、その外の色を反射する
。異なる色に用いる複数の異なる非吸収性カラーフィルターが、ＬＣＤアレイ上
に形成されて所望の色効果が起こる。一つのカラーフィルターからの反射光は、
レフレクターによってカラーフィルターの方に戻され、他のカラーフィルターに
よってフィルタリングされた後、ＬＣＤアレイに到達する。フィルタリングしか
つ反射するこのプロセスは、反射光を再利用するので入力光を利用する効率は有
意に増大する。
【０００６】 このような非吸収性カラーフィルターに基づいた画像ディスプレイシステムの
一実施態様は、ディスプレイアレイ（例えば液晶アレイ）、非吸収性カラーフィ
ルターの光フィルタリングアレイおよび光レフレクターで形成されている。その
ディスプレイアレイは、光変調画素を備え、その画素が光の強度を変調しかつ画
像を示す空間パターンを生成するように配置構成されている。これらのカラーフ
ィルターは、ディスプレイアレイの上方に形成され、ディスプレイアレイに対す
る入力光ビームの少なくとも一つの選択されたスペクトル成分を受け入れて透過
し、そして前記入力光ビームのその外のスペクトル成分を反射するよう配置構成
されている。その光レフレクターは、光フィルタリングアレイに対して、その外
のスペクトル成分を反射して光フィルタリングアレイに戻すように配置され、そ
の結果、光フィルタリングアレイはその外のスペクトル成分を受け入れフィルタ
リングして、ディスプレイアレイをさらに照明する。
一実施態様は、ディスプレイアレイ（例えば液晶アレイ）、非吸収性カラーフィ
ルターの光フィルタリングアレイおよび光レフレクターで形成されている。その
ディスプレイアレイは、光変調画素を備え、その画素が光の強度を変調しかつ画
像を示す空間パターンを生成するように配置構成されている。これらのカラーフ
ィルターは、ディスプレイアレイの上方に形成され、ディスプレイアレイに対す
る入力光ビームの少なくとも一つの選択されたスペクトル成分を受け入れて透過
し、そして前記入力光ビームのその外のスペクトル成分を反射するよう配置構成
されている。その光レフレクターは、光フィルタリングアレイに対して、その外
のスペクトル成分を反射して光フィルタリングアレイに戻すように配置され、そ
の結果、光フィルタリングアレイはその外のスペクトル成分を受け入れフィルタ
リングして、ディスプレイアレイをさらに照明する。
【０００７】 上記非吸収性カラーフィルターは一般に、例えば多層干渉フィルターのような
非吸収性カラーフィルターである。これらフィルターの一つの好ましい実施態様
は、金属と誘電体のインターフェース（金属−誘電体界面：metal-dielectric i
nterface）における表面プラズモン波に基づいて作動するカラーフィルターを使
用する。別の好ましい実施態様は、三つの金属層と二つの誘電体層を有する薄い
金属薄膜干渉フィルターを使用する。
非吸収性カラーフィルターである。これらフィルターの一つの好ましい実施態様
は、金属と誘電体のインターフェース（金属−誘電体界面：metal-dielectric i
nterface）における表面プラズモン波に基づいて作動するカラーフィルターを使
用する。別の好ましい実施態様は、三つの金属層と二つの誘電体層を有する薄い
金属薄膜干渉フィルターを使用する。
【０００８】 本発明のこれらのおよびその外の側面と利点は、以下の発明の実施の形態と添
付図面および特許請求の範囲によって一層明らかになるであろう。
付図面および特許請求の範囲によって一層明らかになるであろう。
【０００９】
光の利用効率を改善するため、非吸収性カラーフィルターを有するカラーＬＣ
Ｄを提供する。これによって、ディスプレイの明るさが高まり、かつ電力消費量
が低下する。好ましい非吸収性カラーフィルターは、所望の色の光（すなわち、
所望の波長のまたは特定の波長の範囲内の光）を透過し、その外の光を反射する
。異なる色に対する複数の異なる非吸収性カラーフィルターを有するカラーフィ
ルタリングアレイがＬＣＤアレイの上方に形成されて、所望のカラー効果を生じ
る。一つのカラーフィルターから反射された光は、次にカラーフィルタリングア
レイに戻されて、その外のカラーフィルターによってフィルタリングされる。こ
のフィルタリングと反射のプロセスが繰り返され、その結果、カラーディスプレ
イに対する色に寄与するほとんどすべての光子が、他の損失を無視すれば、カラ
ーフィルターアレイを透過してＬＣＤアレイを照明する。
Ｄを提供する。これによって、ディスプレイの明るさが高まり、かつ電力消費量
が低下する。好ましい非吸収性カラーフィルターは、所望の色の光（すなわち、
所望の波長のまたは特定の波長の範囲内の光）を透過し、その外の光を反射する
。異なる色に対する複数の異なる非吸収性カラーフィルターを有するカラーフィ
ルタリングアレイがＬＣＤアレイの上方に形成されて、所望のカラー効果を生じ
る。一つのカラーフィルターから反射された光は、次にカラーフィルタリングア
レイに戻されて、その外のカラーフィルターによってフィルタリングされる。こ
のフィルタリングと反射のプロセスが繰り返され、その結果、カラーディスプレ
イに対する色に寄与するほとんどすべての光子が、他の損失を無視すれば、カラ
ーフィルターアレイを透過してＬＣＤアレイを照明する。
【００１０】 図１は、非吸収性カラーフィルターを有するカラーＬＣＤの一実施態様１００
を示す線図である。ＬＣＤアレイ１１０が、強度変調器として、ＬＣＤ画素セル
で形成され、画像を、照明ビームにインプリント（imprint）する。各ＬＣＤ画
素セルは外部電界を加えるための電極を有している。このようなＬＣＤアレイは
、ＬＣＤアレイの公知の構造と製造方法に基づいて実現できる。
を示す線図である。ＬＣＤアレイ１１０が、強度変調器として、ＬＣＤ画素セル
で形成され、画像を、照明ビームにインプリント（imprint）する。各ＬＣＤ画
素セルは外部電界を加えるための電極を有している。このようなＬＣＤアレイは
、ＬＣＤアレイの公知の構造と製造方法に基づいて実現できる。
【００１１】 異なる非吸収性カラーフィルターを有するカラーフィルタリングアレイ１２０
は、各カラーフィルターがそれぞれのＬＣＤ画素セルに対応する方式で、ＬＣＤ
アレイ１１０の上方に形成されている。各カラーフィルターは、一つの色の光を
透過しその外の色の光を反射する。その結果、各ＬＣＤ画素セルが受け取った光
はフィルタリングされて所望の色を有している。
は、各カラーフィルターがそれぞれのＬＣＤ画素セルに対応する方式で、ＬＣＤ
アレイ１１０の上方に形成されている。各カラーフィルターは、一つの色の光を
透過しその外の色の光を反射する。その結果、各ＬＣＤ画素セルが受け取った光
はフィルタリングされて所望の色を有している。
【００１２】 光レフレクター１４０が、カラーフィルタリングアレイ１２０に対して配置さ
れて、反射された光をフィルタリングアレイ１２０に戻し、その結果、一つのカ
ラーフィルターが生成した反射光を、カラーフィルタリングアレイ１２０の他の
カラーフィルターが再使用する。レフレクター１４０とカラーフィルタリングア
レイ１２０は、光共振器に、光をトラップさせ、その結果、光子がはねかえされ
て進み、カラーフィルタリングアレイ１２０内の異なるカラーフィルターによっ
て再使用される。このような光共振器内の有効光強度は高く、光源からの入射光
の強度より大きい。
れて、反射された光をフィルタリングアレイ１２０に戻し、その結果、一つのカ
ラーフィルターが生成した反射光を、カラーフィルタリングアレイ１２０の他の
カラーフィルターが再使用する。レフレクター１４０とカラーフィルタリングア
レイ１２０は、光共振器に、光をトラップさせ、その結果、光子がはねかえされ
て進み、カラーフィルタリングアレイ１２０内の異なるカラーフィルターによっ
て再使用される。このような光共振器内の有効光強度は高く、光源からの入射光
の強度より大きい。
【００１３】 例えば、等しい量の適切な赤、緑、青の成分を含有する入射白色光ビームを想
定する。このビーム内の光線が、最初、カラーフィルタリングアレイ１２０内の
赤カラーフィルターに当たると考える。その赤成分は、その赤カラーフィルター
を透過する。その外の色成分（すなわち緑と青の成分）は反射される。レフレク
ター１４０は、適正に配置構成されていれば、前記反射された緑と青の成分を、
カラーフィルタリングアレイ１２０に、しかし異なる位置にある一つ以上の他の
カラーフィルターに戻す。前記他のカラーフィルターが緑カラーフィルターであ
れば、その緑成分は透過されそして青成分は再び反射されてレフレクター１４０
に戻される。前記他のカラーフィルターが別の赤カラーフィルターであれば、緑
と青の成分がともに反射されて戻される。このプロセスは、緑および／または青
の成分が適正なカラーフィルターに当たって、カラーフィルタリングアレイ１２
０を透過するまで続く。したがって、赤、緑および青の成分がすべて、ディスプ
レイに使用され、非吸収性カラーフィルタリングアレイ１２０をレフレクター１
４０と組み合わせて用いることによって全く損失がない。比較してみると、シス
テム１００の光利用効率は、吸収性色素カラーフィルターに基づいたカラーＬＣ
Ｄの３倍である。
定する。このビーム内の光線が、最初、カラーフィルタリングアレイ１２０内の
赤カラーフィルターに当たると考える。その赤成分は、その赤カラーフィルター
を透過する。その外の色成分（すなわち緑と青の成分）は反射される。レフレク
ター１４０は、適正に配置構成されていれば、前記反射された緑と青の成分を、
カラーフィルタリングアレイ１２０に、しかし異なる位置にある一つ以上の他の
カラーフィルターに戻す。前記他のカラーフィルターが緑カラーフィルターであ
れば、その緑成分は透過されそして青成分は再び反射されてレフレクター１４０
に戻される。前記他のカラーフィルターが別の赤カラーフィルターであれば、緑
と青の成分がともに反射されて戻される。このプロセスは、緑および／または青
の成分が適正なカラーフィルターに当たって、カラーフィルタリングアレイ１２
０を透過するまで続く。したがって、赤、緑および青の成分がすべて、ディスプ
レイに使用され、非吸収性カラーフィルタリングアレイ１２０をレフレクター１
４０と組み合わせて用いることによって全く損失がない。比較してみると、シス
テム１００の光利用効率は、吸収性色素カラーフィルターに基づいたカラーＬＣ
Ｄの３倍である。
【００１４】 画像ディスプレイは、カラーフィルタリングアレイ１２０とＬＣＤアレイ１０
０に対し均一な光照明を行うことが望ましい。光強度の均一性を改善するため、
光集積器１３０を、レフレクター１４０とカラーフィルタリングアレイ１２０の
間に任意に配置してもよい。多くの公知の光集積器を使用できる。光集積器１３
０は、入射光線がカラーフィルタリングアレイ１２０の上方で広がる方式で配置
構成することが好ましい。
０に対し均一な光照明を行うことが望ましい。光強度の均一性を改善するため、
光集積器１３０を、レフレクター１４０とカラーフィルタリングアレイ１２０の
間に任意に配置してもよい。多くの公知の光集積器を使用できる。光集積器１３
０は、入射光線がカラーフィルタリングアレイ１２０の上方で広がる方式で配置
構成することが好ましい。
【００１５】 図２は、図１のＬＣＤディスプレイ１００の一実施態様２００を示す。レフレ
クター２４０は、反射曲面を有するレフレクターである。その好ましい面は双曲
面の形態である。電灯などの光源２０２を、レフレクター２４０に対して、カラ
ーフィルタリングアレイ１２０を照明するように配置する。レフレクター２４０
の反射面および光源２０２の位置は、光源２０２から生じる光線の反射光線が互
いに実質的に平行になるような方式で配置構成されていることが好ましい。光集
積器２３０が光をカラーフィルタリングアレイ１２０に導くように配置構成され
ている。
クター２４０は、反射曲面を有するレフレクターである。その好ましい面は双曲
面の形態である。電灯などの光源２０２を、レフレクター２４０に対して、カラ
ーフィルタリングアレイ１２０を照明するように配置する。レフレクター２４０
の反射面および光源２０２の位置は、光源２０２から生じる光線の反射光線が互
いに実質的に平行になるような方式で配置構成されていることが好ましい。光集
積器２３０が光をカラーフィルタリングアレイ１２０に導くように配置構成され
ている。
【００１６】 カラーフィルタリングアレイ１２０内の各カラーフィルターからの反射光は、
光源２０２が発する光が発散しているため、比較的小さな発散角で発散している
。反射光の広がりは、フィルタリングアレイ１２０からのその光の伝搬距離とと
もに増大する。したがって、レフレクター２４０とカラーフィルタリングアレイ
１２０との間の光経路の長さは、反射光が、単一反射の後、カラーフィルタリン
グアレイ１２０の全アレイの上方に広がることができるような十分に大きな所望
の距離に設定することができる。それゆえ、光集積器２３０は、レフレクター２
４０とカラーフィルタリングアレイ１２０を接続して、上記の望ましい光経路の
長さを可能にする封入体を、備えているだけでよい。
光源２０２が発する光が発散しているため、比較的小さな発散角で発散している
。反射光の広がりは、フィルタリングアレイ１２０からのその光の伝搬距離とと
もに増大する。したがって、レフレクター２４０とカラーフィルタリングアレイ
１２０との間の光経路の長さは、反射光が、単一反射の後、カラーフィルタリン
グアレイ１２０の全アレイの上方に広がることができるような十分に大きな所望
の距離に設定することができる。それゆえ、光集積器２３０は、レフレクター２
４０とカラーフィルタリングアレイ１２０を接続して、上記の望ましい光経路の
長さを可能にする封入体を、備えているだけでよい。
【００１７】 この望ましい光経路長は、反射ビームの発散角によってほぼ決定される。反射
ビームが、カラーフィルタリングアレイ１２０によって反射されるとき、完全発
散角θを有していると想定すると、スペーシングはほぼＤ／（２θ）のはずであ
る（ただし、Ｄはカラーフィルタリングアレイ１２０の開口の寸法である）。例
えば大きさが約２．５インチの４８０×６４０ＬＣＤアレイの場合、光源２０２
は、発散角が約６°でかつレフレクター２４０が光源２０２に対し、実質的にコ
リメートされた光をＬＣＤアレイに投影するように配置されているとき、ＬＣＤ
アレイから約１９ｃｍ離れていてもよい。レフレクターとカラーフィルターアレ
イ間の光経路は、必要なスペースを減らすために折り曲げてもよい。
ビームが、カラーフィルタリングアレイ１２０によって反射されるとき、完全発
散角θを有していると想定すると、スペーシングはほぼＤ／（２θ）のはずであ
る（ただし、Ｄはカラーフィルタリングアレイ１２０の開口の寸法である）。例
えば大きさが約２．５インチの４８０×６４０ＬＣＤアレイの場合、光源２０２
は、発散角が約６°でかつレフレクター２４０が光源２０２に対し、実質的にコ
リメートされた光をＬＣＤアレイに投影するように配置されているとき、ＬＣＤ
アレイから約１９ｃｍ離れていてもよい。レフレクターとカラーフィルターアレ
イ間の光経路は、必要なスペースを減らすために折り曲げてもよい。
【００１８】 非吸収性カラーフィルターは各種の形態で提供できる。図３Ａ、３Ｂおよび３
Ｃは、金属と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波に基づくよう
なカラーフィルターの例を示す。透過表面プラズモンフィルター（transmissive
surface plasmon filter）は、例えば１９９７年１０月１０日付けで出願され
た米国特許願第０９／９４９，１５１号に開示されている。なお、この特許願の
開示事項は本願に援用するものである。
Ｃは、金属と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波に基づくよう
なカラーフィルターの例を示す。透過表面プラズモンフィルター（transmissive
surface plasmon filter）は、例えば１９９７年１０月１０日付けで出願され
た米国特許願第０９／９４９，１５１号に開示されている。なお、この特許願の
開示事項は本願に援用するものである。
【００１９】 表面プラズモンは、ｐ−偏光入射光波（p-polarized incident optical wave
）の波長と入射角がプラズモン共振条件を満たすとき、金属と誘電体のインター
フェースにおいて前記光波の共振吸収によって起こる自由電子の振動である。一
般に、前記金属材料は負の誘電率を有し、そして前記誘電体材料は正の誘電率を
有している。非垂直入射のｐ−偏光成分の電界は、金属中の自由電子の励起に基
づいて、金属と誘電体のインターフェースの一方の側を形成する金属層に電気双
極子を誘発する。誘発された双極子の方向は、前記金属と誘電体のインターフェ
ースに対し垂直の方向である。この双極子の放射線は、前記インターフェースに
対して平行な波動ベクトルをもつ表面プラズモン波を生成する。その表面プラズ
モン波の強度は、金属と誘電体のインターフェースにおいて最大であり、そのイ
ンターフェースの両側で、指数関数的に減衰する。
）の波長と入射角がプラズモン共振条件を満たすとき、金属と誘電体のインター
フェースにおいて前記光波の共振吸収によって起こる自由電子の振動である。一
般に、前記金属材料は負の誘電率を有し、そして前記誘電体材料は正の誘電率を
有している。非垂直入射のｐ−偏光成分の電界は、金属中の自由電子の励起に基
づいて、金属と誘電体のインターフェースの一方の側を形成する金属層に電気双
極子を誘発する。誘発された双極子の方向は、前記金属と誘電体のインターフェ
ースに対し垂直の方向である。この双極子の放射線は、前記インターフェースに
対して平行な波動ベクトルをもつ表面プラズモン波を生成する。その表面プラズ
モン波の強度は、金属と誘電体のインターフェースにおいて最大であり、そのイ
ンターフェースの両側で、指数関数的に減衰する。
【００２０】 入射光から表面プラズモン波へのエネルギー変換は、入射角、入射光の波長、
金属材料と誘電体材料の各誘電率が表面プラズモン共振の条件を満たすとき、最
大になる。一般に、この共振条件は、ｐ−偏光入射光と、金属と誘電体のインタ
ーフェースにおける表面プラズモン波との間のモード整合に関連があり、特定の
入射結合メカニズム（specific incident coupling mechanism）と前記インター
フェースの構造（例えば、単一のインターフェースかまたは二つの密結合インタ
ーフェース）によって変化する。
金属材料と誘電体材料の各誘電率が表面プラズモン共振の条件を満たすとき、最
大になる。一般に、この共振条件は、ｐ−偏光入射光と、金属と誘電体のインタ
ーフェースにおける表面プラズモン波との間のモード整合に関連があり、特定の
入射結合メカニズム（specific incident coupling mechanism）と前記インター
フェースの構造（例えば、単一のインターフェースかまたは二つの密結合インタ
ーフェース）によって変化する。
【００２１】 前記透過表面プラズモンフィルターの一実施態様は、二つの金属層にサンドイ
ッチされた誘電体層を備えている。これは、二つのわずかに離れた対称の位置に
ある、金属と誘電体のインターフェースを形成する。前記誘電体層の光学的厚さ
が、表面プラズモン波を、入力光波によって、両方の金属と誘電体のインターフ
ェース上で励起できるように配置構成されている。前記誘電体層は、前記二つの
金属層間の電磁エネルギーカップリング（electromagnetic energy coupling）
を行えるように十分に薄い（例えば、１波長の前後であるが一般に１波長のオー
ダーである）。前記表面プラズモン波間のカップリングによって、相互に補色を
有する反射波と透過波が生成される。
ッチされた誘電体層を備えている。これは、二つのわずかに離れた対称の位置に
ある、金属と誘電体のインターフェースを形成する。前記誘電体層の光学的厚さ
が、表面プラズモン波を、入力光波によって、両方の金属と誘電体のインターフ
ェース上で励起できるように配置構成されている。前記誘電体層は、前記二つの
金属層間の電磁エネルギーカップリング（electromagnetic energy coupling）
を行えるように十分に薄い（例えば、１波長の前後であるが一般に１波長のオー
ダーである）。前記表面プラズモン波間のカップリングによって、相互に補色を
有する反射波と透過波が生成される。
【００２２】 表面プラズモンの共振周波数は、前記誘電体層の光学的厚さを調節することに
よって設定される。この誘電体層の厚さまたは屈折率を調節して、透過光の波長
（すなわち色）を変えることができる。このような表面プラズモンフィルターは
、大きな同調可能な範囲と帯域幅、単純な構造および軽重量を有するように配置
構成することができる。
よって設定される。この誘電体層の厚さまたは屈折率を調節して、透過光の波長
（すなわち色）を変えることができる。このような表面プラズモンフィルターは
、大きな同調可能な範囲と帯域幅、単純な構造および軽重量を有するように配置
構成することができる。
【００２３】 図３Ａは二つの結合された対称の金属と誘電体のインターフェースを有する表
面プラズモンフィルターの一実施態様３００を示す。誘電体層３２０は、二つの
実質的に同一の金属層３１０ａ、３１０ｂの間にサンドイッチされて、二つのわ
ずかに離れた金属と透電体のインターフェースを形成している。一般に、誘電体
物質を使用して、空気と、無機の結晶を含有する電気光学物質とを含む層３２０
を作成する。二つのプリズム３３０ａ、３３０ｂは各々、屈折率が誘電体層３２
０より大きい。これらのプリズムは、それぞれ、入力光ビーム３０２を適正に結
合して表面プラズモン波を励起させるため、金属層３１０ａ、３１０ｂの上に形
成される。プリズム３３０ａ、３３０ｂは、高屈折率の材料（high-index mater
ial）、例えば高屈折率のガラスまたはＴｉＯ２で形成され、指定の入射角の入
力光波３０２を結合させる。一般に、入力光波３０２の、金属層３１０ａと誘電
体層３２０のインターフェースへの入射角は、高屈折率層３１０ａ（または３１
０ｂ）と誘電体層３２０で規定される、全反射のおこる臨界角より大きい。
面プラズモンフィルターの一実施態様３００を示す。誘電体層３２０は、二つの
実質的に同一の金属層３１０ａ、３１０ｂの間にサンドイッチされて、二つのわ
ずかに離れた金属と透電体のインターフェースを形成している。一般に、誘電体
物質を使用して、空気と、無機の結晶を含有する電気光学物質とを含む層３２０
を作成する。二つのプリズム３３０ａ、３３０ｂは各々、屈折率が誘電体層３２
０より大きい。これらのプリズムは、それぞれ、入力光ビーム３０２を適正に結
合して表面プラズモン波を励起させるため、金属層３１０ａ、３１０ｂの上に形
成される。プリズム３３０ａ、３３０ｂは、高屈折率の材料（high-index mater
ial）、例えば高屈折率のガラスまたはＴｉＯ２で形成され、指定の入射角の入
力光波３０２を結合させる。一般に、入力光波３０２の、金属層３１０ａと誘電
体層３２０のインターフェースへの入射角は、高屈折率層３１０ａ（または３１
０ｂ）と誘電体層３２０で規定される、全反射のおこる臨界角より大きい。
【００２４】 金属層３１０ａと３１０ｂは十分に薄いので、入射波３０２によって生じるエ
バネッセント電磁波は通過することができる。一般に、金属層３１０ａと３１０
ｂの厚さはどんな厚さでもよい。しかし、好ましい厚さは約５ｎｍ〜約１５０ｎ
ｍであり、最も好ましいのは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。各種の金属、例
えばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＫおよびＬｉを使用して層３１０ａと３１０ｂを形成で
きるが、これらの金属に限定されない。
バネッセント電磁波は通過することができる。一般に、金属層３１０ａと３１０
ｂの厚さはどんな厚さでもよい。しかし、好ましい厚さは約５ｎｍ〜約１５０ｎ
ｍであり、最も好ましいのは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。各種の金属、例
えばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＫおよびＬｉを使用して層３１０ａと３１０ｂを形成で
きるが、これらの金属に限定されない。
【００２５】 共振条件にて、入射光波３０２は、金属層３１０ａと誘電体層３２０のインタ
ーフェースにおいて、表面プラズモン波を励起する。第一金属層３１０ａ中で振
動する自由電子は、吸収された共振光子の波長で、エバネッセント光波を生成す
る。エバネッセント光波のフィールドは、薄い誘電体層３２０を透過して、誘電
体層３２０と金属層３１０ｂで形成される第二の金属と誘電体のインターフェー
スに到達する。前記エバネッセント光波のフィールドは、第二インターフェース
３１０ｂ上の第二表面プラズモン波を励起することができる。この第二表面プラ
ズモン波は、周波数とプラズモン波動ベクトルを含めて、第一表面プラズモン波
と実質的に同一である。第二金属層３１０ｂ内で振動している自由電子は、第一
金属層３１０ａで吸収された共振光子と同じ方向でかつ同じ周波数の光子を放射
する。その放射される光子は、入力ビーム３０２と実質的に平行な透過波３０６
として、第二金属層３１０からでる。
ーフェースにおいて、表面プラズモン波を励起する。第一金属層３１０ａ中で振
動する自由電子は、吸収された共振光子の波長で、エバネッセント光波を生成す
る。エバネッセント光波のフィールドは、薄い誘電体層３２０を透過して、誘電
体層３２０と金属層３１０ｂで形成される第二の金属と誘電体のインターフェー
スに到達する。前記エバネッセント光波のフィールドは、第二インターフェース
３１０ｂ上の第二表面プラズモン波を励起することができる。この第二表面プラ
ズモン波は、周波数とプラズモン波動ベクトルを含めて、第一表面プラズモン波
と実質的に同一である。第二金属層３１０ｂ内で振動している自由電子は、第一
金属層３１０ａで吸収された共振光子と同じ方向でかつ同じ周波数の光子を放射
する。その放射される光子は、入力ビーム３０２と実質的に平行な透過波３０６
として、第二金属層３１０からでる。
【００２６】 それゆえ、広いスペクトルの入射光の場合、図３Ａに示すフィルター３００は
、表面プラズモン共振条件を満たすスペクトル成分を、第二インターフェース３
１０ｂに、透過波３０６として結合し、そして、残りの入力光を、反射波３０４
として反射する。特に白色入力ビームは、着色透過ビーム３０６と、その透過ビ
ーム３０６に対しスペクトル的に補色である反射ビーム３０４とに分けられる。
、表面プラズモン共振条件を満たすスペクトル成分を、第二インターフェース３
１０ｂに、透過波３０６として結合し、そして、残りの入力光を、反射波３０４
として反射する。特に白色入力ビームは、着色透過ビーム３０６と、その透過ビ
ーム３０６に対しスペクトル的に補色である反射ビーム３０４とに分けられる。
【００２７】 入力光波３０２の与えられた入射角に対して、誘電体層１１０の光学的厚さを
調節して、表面プラズモン波の励起を異なる波長で行って、透過ビーム１０８と
反射ビーム１０４の両者のカラーフィルタリングを行うことができる。誘電体層
３２０の光学的厚さは、その屈折率とその層の厚さの積である。したがって、誘
電体層３２０の厚さまたは屈折率またはその両方は、透過させる異なる波長を選
択するため変えることができる。層３２０の屈折率を変えるため、液晶物質また
は電気光学的結晶を使用して層３２０を形成することができ、そして外部電界を
金属層３１０ａ、３１０ｂに加えて屈折率を変える。
調節して、表面プラズモン波の励起を異なる波長で行って、透過ビーム１０８と
反射ビーム１０４の両者のカラーフィルタリングを行うことができる。誘電体層
３２０の光学的厚さは、その屈折率とその層の厚さの積である。したがって、誘
電体層３２０の厚さまたは屈折率またはその両方は、透過させる異なる波長を選
択するため変えることができる。層３２０の屈折率を変えるため、液晶物質また
は電気光学的結晶を使用して層３２０を形成することができ、そして外部電界を
金属層３１０ａ、３１０ｂに加えて屈折率を変える。
【００２８】 図３Ｂは、図３Ａに示す表面プラズモンフィルターを使用して、ＬＣＤアレイ
パネル３７０上に形成されたカラーフィルタリングアレイ３０１の一部を示す。
マイクロプリズム３４０と、誘電体の厚さが異なる金属−誘電体−金属の層３５
０とを使用する。誘電体の厚さの異なる値が、透過光に、所望どおりの異なる色
を生成するように配置構成される。例えば、三つの隣接するセクション３６０Ｒ
、３６０Ｇおよび３６０Ｂが、それぞれ、加法混色の三原色（additive primary
colors）すなわち赤、緑および青を透過するように配置構成される。マイクロ
プリズム３４０は、図に示すように、プリズム角が４５°になるように形成して
もよい。
パネル３７０上に形成されたカラーフィルタリングアレイ３０１の一部を示す。
マイクロプリズム３４０と、誘電体の厚さが異なる金属−誘電体−金属の層３５
０とを使用する。誘電体の厚さの異なる値が、透過光に、所望どおりの異なる色
を生成するように配置構成される。例えば、三つの隣接するセクション３６０Ｒ
、３６０Ｇおよび３６０Ｂが、それぞれ、加法混色の三原色（additive primary
colors）すなわち赤、緑および青を透過するように配置構成される。マイクロ
プリズム３４０は、図に示すように、プリズム角が４５°になるように形成して
もよい。
【００２９】 あるいは、格子（grating）を、結合プリズム（coupling prism）の代わりに
使用してもよい。図３Ｃはこのような実施態様の一例を示す。二つの実質的に同
一の格子３８２ａと３８２ｂ各々に、金属薄膜の層（３８３ａと３８３ｂ）をコ
ートして、金属と誘電体のインターフェースを形成させる。格子３８２ａと３８
２ｂは、金属と誘電体のインターフェースに平行な波動ベクトルを有する入射光
３０２の回折次数（diffracted order）３０２ｂを生成するように配置構成され
る。例えば、一次回折ビームは、ビーム３０２ｂとして使用され、表面プラズモ
ン波を励起し、次いでゼロ次回折ビームがビーム３０４として反射される。図３
Ａに示す実施態様３００と同様に、二つの対称のインターフェース間の結合によ
って透過ビーム３０６を生成する。カラーフィルタリングアレイは、このような
格子ベースの表面プラズモンフィルターを用いて構築することができる。
使用してもよい。図３Ｃはこのような実施態様の一例を示す。二つの実質的に同
一の格子３８２ａと３８２ｂ各々に、金属薄膜の層（３８３ａと３８３ｂ）をコ
ートして、金属と誘電体のインターフェースを形成させる。格子３８２ａと３８
２ｂは、金属と誘電体のインターフェースに平行な波動ベクトルを有する入射光
３０２の回折次数（diffracted order）３０２ｂを生成するように配置構成され
る。例えば、一次回折ビームは、ビーム３０２ｂとして使用され、表面プラズモ
ン波を励起し、次いでゼロ次回折ビームがビーム３０４として反射される。図３
Ａに示す実施態様３００と同様に、二つの対称のインターフェース間の結合によ
って透過ビーム３０６を生成する。カラーフィルタリングアレイは、このような
格子ベースの表面プラズモンフィルターを用いて構築することができる。
【００３０】 格子３８２ａと３８２ｂはいくつもの方法で実現することができる。例えば、
一つの方法は、別個に形成した格子を誘電体層３２０に取り付ける方法であり、
別の方法は誘電体層３２０上に結合格子を直接形成させる方法である。別の方法
は、誘電体層の表面に格子をエッチングする方法である。最初の二つの実施例の
格子３８２ａと３８２ｂは、動作スペクトル範囲内で透明な材料で製造すること
が好ましい。
一つの方法は、別個に形成した格子を誘電体層３２０に取り付ける方法であり、
別の方法は誘電体層３２０上に結合格子を直接形成させる方法である。別の方法
は、誘電体層の表面に格子をエッチングする方法である。最初の二つの実施例の
格子３８２ａと３８２ｂは、動作スペクトル範囲内で透明な材料で製造すること
が好ましい。
【００３１】 非吸収性カラーフィルターの別の実施態様は金属−薄膜干渉フィルターである
（米国仮特許出願第６０／０５７，１５０号参照。なお、この出願は本願に援用
するものである）。図４Ａは、三つの金属層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよ
び二つの誘電体層４２０ａ、４２０ｂを有するカラー金属−薄膜干渉フィルター
４００を示す。金属層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃは各々、好ましくは、約４
００ｎｍ〜約７５０ｎｍの可視スペクトル範囲内で光学的に透明であるような金
属薄膜で形成される。例えば、金または銀の薄膜を使用できる。一実施態様で、
厚さが約４０ｎｍ未満の銀の薄膜が使用される。誘電体層４２０ａと４２０ｂは
、異なる色を透過するため異なる厚さで配置構成され、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ｎ
ａＦまたはＬｉＦなどの物質で形成することができる。金属薄膜４１０ａ、４１
０ｂおよび４１０ｃの厚さは、異なる色を透過させるため同じままであってもよ
い。上記多層積層体を保護するため、透明基板４３０ａと４３０ｂ（例えばガラ
ス製）が使用される。入射ビーム４０２（例えば白色）の透過光４０６の色は、
表面プラズモンフィルターと同様に、反射ビーム４０４の色の補色である。
（米国仮特許出願第６０／０５７，１５０号参照。なお、この出願は本願に援用
するものである）。図４Ａは、三つの金属層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよ
び二つの誘電体層４２０ａ、４２０ｂを有するカラー金属−薄膜干渉フィルター
４００を示す。金属層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃは各々、好ましくは、約４
００ｎｍ〜約７５０ｎｍの可視スペクトル範囲内で光学的に透明であるような金
属薄膜で形成される。例えば、金または銀の薄膜を使用できる。一実施態様で、
厚さが約４０ｎｍ未満の銀の薄膜が使用される。誘電体層４２０ａと４２０ｂは
、異なる色を透過するため異なる厚さで配置構成され、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ｎ
ａＦまたはＬｉＦなどの物質で形成することができる。金属薄膜４１０ａ、４１
０ｂおよび４１０ｃの厚さは、異なる色を透過させるため同じままであってもよ
い。上記多層積層体を保護するため、透明基板４３０ａと４３０ｂ（例えばガラ
ス製）が使用される。入射ビーム４０２（例えば白色）の透過光４０６の色は、
表面プラズモンフィルターと同様に、反射ビーム４０４の色の補色である。
【００３２】 図４Ｂは、異なる厚さのＭｇＦ２誘電体層を備えて赤、緑および青のフィルタ
ーを生成する３種のＭｇＦ２−Ａｇ金属薄膜干渉フィルターの透過スペクトルの
測定結果を示す。これら３種のフィルターの構造を表１に列挙する。両方のＭｇ
Ｆ２層の厚さが１１０ｎｍから、１５０ｎｍへおよび１８５ｎｍへと変化するに
つれて、それぞれピーク透過率の波長は４２０ｎｍ（青）から５４０ｎｍ（緑）
へおよび６４０ｎｍ（赤）へと変化する。８０％を超える比較的高い透過率を、
３色すべてに得ることができる。図４Ｃは反射光のスペクトルを示す。各透過率
ピークの帯域幅は約１００ｎｍであり、これはディスプレイの用途にとって望ま
しいことである。
ーを生成する３種のＭｇＦ２−Ａｇ金属薄膜干渉フィルターの透過スペクトルの
測定結果を示す。これら３種のフィルターの構造を表１に列挙する。両方のＭｇ
Ｆ２層の厚さが１１０ｎｍから、１５０ｎｍへおよび１８５ｎｍへと変化するに
つれて、それぞれピーク透過率の波長は４２０ｎｍ（青）から５４０ｎｍ（緑）
へおよび６４０ｎｍ（赤）へと変化する。８０％を超える比較的高い透過率を、
３色すべてに得ることができる。図４Ｃは反射光のスペクトルを示す。各透過率
ピークの帯域幅は約１００ｎｍであり、これはディスプレイの用途にとって望ま
しいことである。
【００３３】
【表１】
【００３４】 上記５層の金属薄膜干渉フィルターは、異なる色を透過するために誘電体層の
厚さしか変える必要がなくしかも金属薄膜は同じでよいので、容易に製造される
。誘電体層はホトレジスト材料で形成できる。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄは
、赤、緑および青の色のフィルターを有するカラーフィルタリングアレイの製造
ステップを示す。各種グレイレベルのマスクを使用して、異なる色のフィルター
用に、厚さが異なる共通のホトレジスト層を得ることができる。
厚さしか変える必要がなくしかも金属薄膜は同じでよいので、容易に製造される
。誘電体層はホトレジスト材料で形成できる。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃおよび５Ｄは
、赤、緑および青の色のフィルターを有するカラーフィルタリングアレイの製造
ステップを示す。各種グレイレベルのマスクを使用して、異なる色のフィルター
用に、厚さが異なる共通のホトレジスト層を得ることができる。
【００３５】 本発明をいくつかの好ましい実施態様を参照して詳細に説明してきたが、各種
の変形と増強を行うことができる。例えば、図１に示す光集積器１３０は、異な
る配置構成で設置することができる。
の変形と増強を行うことができる。例えば、図１に示す光集積器１３０は、異な
る配置構成で設置することができる。
【００３６】 所望のアスペクト断面比（aspect cross sectional ratio）と長さを有し光集
積器として機能する透明ロッドを配置形成させてもよい。このようなロッドは反
射面を有する中空体でもよく、または中実体でもよい。上記アスペクト比はＬＣ
Ｄアレイの大きさと同じでなければならない。前記ロッドの長さを、前記断面の
寸法に対して増大すると、前記ロッド内での反射回数を増やすことができる。こ
れによってビームの均一性が改善される。
積器として機能する透明ロッドを配置形成させてもよい。このようなロッドは反
射面を有する中空体でもよく、または中実体でもよい。上記アスペクト比はＬＣ
Ｄアレイの大きさと同じでなければならない。前記ロッドの長さを、前記断面の
寸法に対して増大すると、前記ロッド内での反射回数を増やすことができる。こ
れによってビームの均一性が改善される。
【００３７】 また、光集積器は、各々、焦点距離が同じレンズレットを有する二つのレンズ
レットアレイを使用して構成することができる。その二つのレンズレットアレイ
は、そのレンズレットの焦点距離だけ間隔をおいて配置され、その結果、その入
力レンズレットアレイが光源の画像を出力レンズレットアレイに形成することが
できる。補助レンズを、出力レンズレットアレイの出力フューセット（ファセッ
ト：facet）に結合させて、入力レンズレットアレイの画像をＬＣＤアレイに形
成させることができる。この実施態様で、レンズレットの数を増大するとビーム
の均一性を改善することができる。
レットアレイを使用して構成することができる。その二つのレンズレットアレイ
は、そのレンズレットの焦点距離だけ間隔をおいて配置され、その結果、その入
力レンズレットアレイが光源の画像を出力レンズレットアレイに形成することが
できる。補助レンズを、出力レンズレットアレイの出力フューセット（ファセッ
ト：facet）に結合させて、入力レンズレットアレイの画像をＬＣＤアレイに形
成させることができる。この実施態様で、レンズレットの数を増大するとビーム
の均一性を改善することができる。
【００３８】 さらに、ファイバー束集積器も使用できる（例えば、ChengとChenのSPIE Proc
eedings 2407 on Projection Displays,1995年、12〜22頁参照）。
eedings 2407 on Projection Displays,1995年、12〜22頁参照）。
【００３９】 非吸収性カラーフィルタリングアレイは、所望の色の単色ディスプレイを製造
するために設計することができる。そのアレイのフィルターはすべて、その所望
の色を透過するのに用いるのと同じタイプのものでよい。
するために設計することができる。そのアレイのフィルターはすべて、その所望
の色を透過するのに用いるのと同じタイプのものでよい。
【００４０】 別の変形として、複数の誘電体層を有する従来の誘電体干渉フィルターを使用
して、非吸収性カラーフィルターとして役立てることができる。
して、非吸収性カラーフィルターとして役立てることができる。
【００４１】 また、５層金属薄膜干渉フィルターが述べられているが、他の金属薄膜干渉フ
ィルターも使用できる。例えば、３層の金属薄膜フィルターであって、二つの金
属薄膜の間にサンドイッチされた単一層の誘電体層で構成されたフィルターも使
用できる。
ィルターも使用できる。例えば、３層の金属薄膜フィルターであって、二つの金
属薄膜の間にサンドイッチされた単一層の誘電体層で構成されたフィルターも使
用できる。
【００４２】 これらのおよびその外の変形も本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図１】 非吸収性カラーフィルターを有するカラーＬＣＤの一実施態様を例示
する線図である。
する線図である。
【図２】 図１に示すＬＣＤディスプレイの一実施態様を示す線図である。
【図３Ａ】 金属と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波に基づ
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
【図３Ｂ】 金属と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波に基づ
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
【図３Ｃ】 金属と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波に基づ
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
いた非吸収性カラーフィルターの実施例を例示する線図である。
【図４Ａ】 三つの金属層と二つの誘電体層を有するカラー金属−薄膜干渉フィ
ルターを示す線図である。
ルターを示す線図である。
【図４Ｂ】 赤、緑および青のフィルターを生成する、異なる厚さのＭｇＦ２誘
電体層を備えた三種のＭｇＦ２−Ａｇ金属−薄膜干渉フィルターそれぞれの透過
スペクトルと反射スペクトルの測定結果を示すグラフである。
電体層を備えた三種のＭｇＦ２−Ａｇ金属−薄膜干渉フィルターそれぞれの透過
スペクトルと反射スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図４Ｃ】 赤、緑および青のフィルターを生成する、異なる厚さのＭｇＦ２誘
電体層を備えた三種のＭｇＦ２−Ａｇ金属−薄膜干渉フィルターそれぞれの透過
スペクトルと反射スペクトルの測定結果を示すグラフである。
電体層を備えた三種のＭｇＦ２−Ａｇ金属−薄膜干渉フィルターそれぞれの透過
スペクトルと反射スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図５Ａ】 赤、緑および青の色に用いるフィルターを有するカラーフィルタリ
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
【図５Ｂ】 赤、緑および青の色に用いるフィルターを有するカラーフィルタリ
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
【図５Ｃ】 赤、緑および青の色に用いるフィルターを有するカラーフィルタリ
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
【図５Ｄ】 赤、緑および青の色に用いるフィルターを有するカラーフィルタリ
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
ングアレイを製造するステップを例示する線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 // Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ
Claims (17)
- 【請求項１】 光を変調する画素を有するディスプレイアレイであって、各画素が、前記ディ
スプレイアレイを照明する光の強度を変調して、ディスプレイすべき画像を示す
空間パターンを生成するように配置構成されているディスプレイアレイ； 前記ディスプレイアレイの上方に形成され、かつ前記ディスプレイアレイに対
する入力光ビームの少なくとも一つの選択されたスペクトル成分を受け入れて透
過し、かつ前記入力光ビームの少なくとも一つのスペクトル成分以外の他のスペ
クトル成分を反射する光フィルターの光フィルタリングアレイ；および 前記光フィルタリングアレイに対して配置され、かつ前記他のスペクトル成分
を反射して前記光フィルタリングアレイに戻すよう配置構成され、その結果、前
記光フィルタリングアレイが前記他のスペクトル成分を受け入れてフィルタリン
グして、前記ディスプレイアレイをさらに照明するようになる光レフレクター； を備えてなる画像ディスプレイシステム。 - 【請求項２】 前記ディスプレイアレイが液晶ディスプレイアレイであり、そして前記光を変
調する画素が各々、液晶物質を含有している請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】 前記光フィルタリングアレイ内の前記光フィルターが各々、 第一面と反対側の第二面を有しかつ第一誘電率と第一の予め定められた厚さを
有する第一誘電体物質を含有する誘電体層；および 各々第二誘電率と第二の予め定められた厚さを有する第一と第二の金属薄膜で
あって、それぞれ前記誘電体層の両面上に形成されて、前記誘電体層に対して実
質的に対称の位置にある第一と第二の金属と誘導体のインターフェースを形成す
る第一と第二の金属薄膜； を備えてなり、そして 前記誘電体層、前記第一と第二の金属薄膜がそれぞれ、前記第一と第二の金属
と誘電体のインターフェースにおける表面プラズモン波を保持するよう配置構成
され、そして前記誘電体層が、ｐ−偏光入力電磁波内の前記選択されたスペクト
ル成分を、前記誘電体層の前記第一面から前記第二面へ転送するように作動可能
である； 請求項１に記載のシステム。 - 【請求項４】 前記光フィルタリングアレイ内の前記光フィルターが各々、 前記第一金属薄膜上に形成されかつ前記ｐ−偏光入力電磁波を、前記第一の金
属と誘電体のインターフェースにおける前記第一表面プラズモンモードに結合す
るよう配置構成されている第一結合素子；および 前記第一光結合素子と実質的に同一で前記第二金属薄膜上に形成されかつ前記
選択されたスペクトル成分のエネルギーを出力電磁波に結合するように配置構成
された第二結合素子； をさらに備えている請求項３に記載のシステム。 - 【請求項５】 前記第一と第二の結合素子が、前記誘電体層の前記第一誘電率より高い誘電率
を有する誘電体物質で形成されているプリズムを備えている請求項４に記載のシ
ステム。 - 【請求項６】 前記第一と第二の結合素子が回折格子を有している請求項４に記載のシステム
。 - 【請求項７】 前記誘電体層の光学的厚さを、前記選択されたスペクトル成分の波長を決定す
るように形成することができる請求項３に記載のシステム。 - 【請求項８】 前記光フィルタリングアレイ内の前記光フィルターが各々、 前記入力光ビームに対して光学的に透明であるように配置構成された第一金属
層； 前記第一金属層上に形成された第一誘電体層；および 前記第一誘電体層上に形成されかつ前記入力光ビームに対し光学的に透明にな
るように配置構成されている第二金属層； を備えている請求項１に記載のシステム。 - 【請求項９】 前記第一と第二の金属層が金または銀で形成されている請求項８に記載のシス
テム。 - 【請求項１０】 前記光フィルタリングアレイ内の前記光フィルターが各々、さらに、 前記第二金属層上に形成された第二誘電体層；および 前記第二誘電体層上に形成されかつ前記入力光ビームに対し光学的に透明にな
るように配置構成された第三金属層；を備え； 前記第一と第二の誘電体層が、前記選択されたスペクトル成分を透過できるよ
うに配置構成されている； 請求項８に記載のシステム。 - 【請求項１１】 前記第一、第二および第三の金属層の厚さが約４０ｎｍより小さい請求項１０
に記載のシステム。 - 【請求項１２】 前記第一と第二の誘電体層がホトレジストで形成されている請求項１０に記載
のシステム。 - 【請求項１３】 前記第一と第二の誘電体層がＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＮａＦまたはＬｉＦで形成
されている請求項８に記載のシステム。 - 【請求項１４】 前記光フィルタリングアレイ内の前記光フィルターが各々、複数の誘電体層を
有する干渉フィルターを備えている請求項１に記載のシステム。 - 【請求項１５】 液晶画素を有するディスプレイアレイであって、各液晶画素が前記ディスプレ
イアレイを照明する光の強度を変調して、ディスプレイすべき画像を示す空間パ
ターンを生成するように配置構成されているディスプレイアレイ； 前記ディスプレイアレイの上方に形成されかつ薄膜光フィルターを有するよう
に配置構成された光フィルタリングアレイであって、その薄膜光フィルターが各
々、前記光に対し光学的に透明な第一金属層、前記第一金属層上に形成された第
一誘電体層、前記第一誘電体層上に形成されかつ前記光に対し光学的に透明であ
るように配置構成された第二金属層、前記第二金属層上に形成された第二誘電体
層、および前記第二誘電体層上に形成されかつ前記入力光ビームに対し光学的に
透明であるように配置構成された第三金属層を備え、そして各薄膜光フィルター
が、前記光ビームの少なくとも一つの選択されたスペクトル成分を受け入れて透
過しかつ前記光の中のその外のスペクトル成分を反射する、光フィルタリングア
レイ；ならびに 前記光フィルタリングアレイに対し配置されかつ前記その外のスペクトル成分
を反射して前記光フィルタリングアレイに戻すように配置構成された光レフレク
ターであって、その結果、前記光フィルタリングアレイが前記その外のスペクト
ル成分を受け入れてフィルタリングし、さらに前記ディスプレイアレイを照明す
る、光レフレクター； を備えてなる画像ディスプレイシステム。 - 【請求項１６】 液晶画素を有するディスプレイアレイであって、各液晶画素が前記ディスプレ
イアレイを照明する光の強度を変調して、ディスプレイすべき画像を示す空間パ
ターンを生成するディスプレイアレイ； 前記ディスプレイアレイの上方に形成されかつ複数の光フィルターを有するよ
う配置構成された光フィルタリングアレイであって、その光フィルターが各々、
第一面と反対側の第二面を有しかつ第一誘電率と第一の予め定められた厚さを有
する第一誘電体材料を含有する誘電体層および各々第二誘電率と第二の予め定め
られた厚さを有する第一と第二の金属薄膜を備え、前記金属薄膜はそれぞれ前記
誘電体層の両面上に形成されて、前記誘電体層に対して実質的に対称の位置にあ
る第一と第二の金属と誘電体のインターフェースを形成し、そして、前記誘電体
層、前記第一と第二の金属薄膜はそれぞれ前記第一と第二の金属と誘電体のイン
ターフェースにおける表面プラズモン波を保持するように配置構成され、および
前記誘電体層は、前記光内のｐ−偏光入力電磁波の中の選択されたスペクトル成
分を、前記誘電体層の前記第一面から前記第二面まで透過しかつ前記光内のその
外のスペクトル成分を反射するよう作動可能である、光フィルタリングアレイ；
ならびに 前記光フィルタリングアレイに対し配置されかつ前記その外のスペクトル成分
を反射して前記光フィルタリングアレイに戻すように配置構成された光レフレク
ターであって、その結果、前記光フィルタリングアレイが前記その外のスペクト
ル成分を受け入れてフィルタリングし、さらに前記ディスプレイアレイを照明す
る、光レフレクター； を備えてなる画像ディスプレイシステム。 - 【請求項１７】 画像の色表示を形成する方法であって； （１）入力ビームをフィルタリングして、前記入力光ビームの少なくとも第一の
選択されたスペクトル成分を透過しかつその外のスペクトル成分を反射し； （２）前記第一の選択されたスペクトル成分の強度を変調して、ディスプレイす
べき画像を前記第一の選択されたスペクトル成分にインプリントし； （３）前記その外のスペクトル成分をフィルタリングして、少なくとも第二の選
択されたスペクトル成分を透過しかつ残りのスペクトル成分を反射し； （４）前記第二の選択されたスペクトル成分の強度を変調して前記画像をインプ
リントし；次いで （５）上記（１）〜（４）のステップを繰り返して、前記画像の前記色表示を形
成する； ことを含んでなる方法。
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- 1999-04-01 JP JP2000551245A patent/JP2002517012A/ja active Pending
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