JP2009199064A - 偏極化色彩分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏極物質を有するマイクロ/ナノ複合構造によって色彩の分光、偏極化、開口率をコントロールする偏極化色彩分光装置の提供。
【解決手段】偏極化色彩分光装置はレンズモジュール１０と三角構造モジュール２０を備える。レンズモジュールは第一本体１１を備え、第一本体は偏極化物質と、第一入光面１１１と第一出光面１１２とを備え、第一入光面と第一出光面にはレンズ構造を設ける。三角構造モジュールは、第二入光面２１１と第二出光面２１２を備え、第二入光面と第二出光面には三角形マイクロ構造を設ける。白色ビーム３０は第一入光面から第一本体に入射し、偏極化物質によって偏極化された後、更に、第一出光面のレンズ構造によってビームは縮小され、更に、第二入光面の三角形マイクロ構造によりビームは分離されて赤、緑、青三原色ビームとなり、更に第二出光面の三角形マイクロ構造により赤、緑、青三原色ビームは直線方向に導かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏極化色彩分光装置に関するものであり、特に、一種の偏極物質を有するマイクロ/ナノ複合構造によって色彩の分光、偏極化、開口率を制御する装置である。

平面液晶ディスプレイ全体の構造は、概ね、バックライトモジュール、偏極化偏光フィルム、ＴＦＴ液晶モジュール、カラーフィルタフィルム、偏光分析器等に分けられる。現在技術について言えば、伝統的な平面液晶ディスプレイ全体の光エネルギー使用率はたったの１００分の３〜６であり、そのエネルギー源の消耗は非常に激しい。平面液晶ディスプレイにおいて、エネルギー源の損失が最大なのはカラーフィルタフィルムで、その損失率は約１００分の７０であるが、伝統的なカラーフィルタフィルムの光効率はたったの１００分の３０である。また、偏極化偏光フィルムの損失率もまた１００分の６０にまで達し、液晶表示のエネルギー源消耗にひどく影響を与える。

よって、全世界の最高峰にいるそれぞれの学者や専門家達は、この現象を解決することに尽力し、効果的に液晶ディスプレイの電気節約効率を高める為に、それぞれ各種新技術を提供しその効率を高めようとしている。

公知の特許によると、例えば特許文献１「Ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ，ａ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ａ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ａｐｐａｒａｔｕｓ」及び特許文献２「Ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒｌｅｓｓ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ， ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ， ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」において、主に、特殊角度のマイクロプリズムアレイまたは可変構造マイクログレーティングアレイを用いて色分離モジュールを作製し、これにより白色光の分光を行い、白色光が分光した後、空間において遠視野回折を行い、並びに、白色光の光源を分解して赤、緑、青の三原色光にしている。しかし、その分光モジュールの製造過程は繁雑、構造は複雑、製品良品率とコストを掌握することは難しい。また、分解された赤、緑、青の三原色光の出射角度方向が回折角に従い発散され、パネルに進入した後も続けて発散する故、雑光と影が生じる。実際のパネル応用においても理想的ではない。この他、前述公知の特許において提供した技術手段では、開口率（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ）と偏極化効率を向上させることはできない。

本出願の発明者である林暉雄は、２００６年９月１１日、韓国ソウルで開催された光学研究会（Ｔｈｅ Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ＆ Ｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ）において論文「ＤＥＳＩＧＮ ＯＦ ＨＹＢＲＩＤ ＧＲＡＴＩＮＧ ＦＯＲ ＣＯＬＯＲ ＦＩＬＴＥＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＩＮ ＬＩＱＵＩＤ ＣＲＹＳＴＡＬ ＤＩＳＰＬＡＹ」を発表した。該論文において、二面周期性三角構造モジュールを二面凸レンズモジュールに搭載し、入射する白色光ビームを正しく導き、並びに、赤、緑、青の三原色光に分離し、且つ、分離した赤、緑、青ビームを一直線方向に正しく導き、これにより、伝統的なグレーティングが入射平行光に制限される先天的な限界と、モジュールの組み立てが縦に深く横方向との誤差を生じる事により敏捷度に影響を与える欠点を克服する。

しかしながら、一般の光線は、各５０％の比率で、垂直と水平両方向の偏極特性を持つＳ偏光とＰ偏光により構成される故、伝統的な液晶ディスプレイは、光源がバックライトモジュールから液晶パネルに進入するルートに、一つの偏極フィルムを設置し、該偏極フィルムによって、必要な偏極方向の光線（Ｓ偏光）を通過させ、別の偏極方向の光線（Ｐ偏光）は吸収される。この論文のグレーティング分光設計で考えられる光源は、一般の非偏極化光線であり、光線の偏極化特性は考慮に入れられておらず、導かれる光の損失率は５０％にも達する。

米国特許第６８６７８２８号明細書 米国特許第７１６４４５４号明細書

公知技術の欠点に鑑み、本発明の目的は、一種の偏極化色彩分光装置を提供することにあり、偏極化物質を備えるマイクロナノ複合構造によって色彩分光、偏極化、開口率を制御し、光線直線性とビーム縮小を向上するのと同時に、両方向の偏極光を分離し、偏極フィルムを通過する偏極光線を通過させ、別の偏極光線をリターン、散乱させ繰返して利用し、大幅に光エネルギーの使用効率を向上させることができる。

上述の目的を達成する為、本発明は、一種の偏極化色彩分光装置を提供し、それは、一つのレンズモジュール及び一つの三角構造モジュールを含む。前記レンズモジュールは第一本体を設け、前記第一本体内部に偏極化物質を備えるか、前記第一本体表面に偏極化物質を備え、前記第一本体には第一入光面と第一出光面を備え、前記第一入光面と第一出光面にはそれぞれレンズ構造を設ける。前記三角構造モジュールには、第二入光面と第二出光面を備え、第二入光面と第二出光面にはそれぞれマイクロ構造を有する三角形構造を設ける。

請求項１の発明は、一つのレンズモジュールと一つの三角構造モジュールを備える偏極化色彩分光装置において、
前記レンズモジュールは第一本体を備え、前記第一本体には一つの第一入光面と一つの第一出光面を備え、前記第一入光面と第一出光面にはそれぞれレンズ構造を設け、第一本体には偏極化物質を備え、
前記三角構造モジュールは一つの第二本体を備え、前記第二本体には一つの第二入光面と一つの第二出光面を備え、第二入光面と第二出光面にはそれぞれ三角形マイクロ構造を設け、
白色ビームを前記第一入光面から前記第一本体に入射させ、前記偏極化物質を経て偏光後、前記レンズ構造により前記白色ビームを縮小し、前記第一出光面より出射し、さらに前記第二入光面より前記三角構造モジュールに進入し、前記第二入光面の前記三角形マイクロ構造により、前記白色ビームを赤、緑、青の三原色ビームに分離し、続いて前記第二出光面の前記三角形マイクロ構造を経て、前記赤、緑、青の三原色ビームを直線方向にガイドし、前記第二出光面より出射することを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、高分子分散型液晶、コレステロール液晶、ポリエチレンナフタレート等の偏極化特性材料を有する一つ或いはその組み合わせとすることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、第一本体と一体成形することを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記レンズ構造は、球面柱状、或いは非球面柱状の凸レンズ、或いは凹レンズであることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項５の発明は、請求項４記載の偏極化色彩分光装置において、前記第一入光面のレンズ構造の孔径は前記第一出光面のレンズ構造の孔径より大きいことを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記第一本体は、有機材料、ガラス、金属、シリコンチップ、化合物半導体材料であることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記レンズモジュールのレンズ構造、及び三角構造モジュールの三角形マイクロ構造はどちらも周期性構造であることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、第一本体内部または表面に設置することを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、二等辺三角形または直角三角形であることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記第二入光面と第二出光面は、同一第二本体の相対する両面に設置するか、異なる本体にそれぞれ設置することを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、構造面と構造面を向き合わせて組み合わせるか、構造背部と構造背部を向きあわせて組み合わせることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、マイクロ／ナノ等級のマイクロ構造であることを特徴とする偏極化色彩分光装置としている。

本発明の偏極化色彩分光装置は、偏極化物質を備えるマイクロナノ複合構造によって色彩分光、偏極化、開口率をコントロールし、光線直線性とビーム縮小を向上するのと同時に、両方向の偏極光を分離し、偏極フィルムを通過する偏極光線を通過させ、別の偏極光線をリターン、散乱させ繰返して利用し、大幅に光エネルギーの使用効率を向上させることが可能であることを特徴とする。

参照とする図１に示す通り、本発明の提供する偏極化色彩分光装置は、レンズモジュール１０及び三角構造モジュール２０を備える。前記レンズモジュール１０は第一本体１１を備え、第一本体１１は第一入光面１１１と第一出光面１１２を備える。前記第一入光面１１１と前記第一出光面１１２にはそれぞれ周期性レンズ構造を設置し、前記レンズ構造は、球面或いは非球面柱状曲率の凸レンズ或いは凹レンズである。本実施例では、前記第一入光面１１１と前記第一出光面１１２は共に、凸レンズ構造１１３、１１４を設置し、しかも前記第一入光面の凸レンズ構造１１３の孔径は、前記第一出光面１１２の凸レンズ構造１１４の孔径より大きい。

さらに、前記第一本体１１内には、偏極化物質１２を設置する。第一本体１１は有機材料、ガラス、金属、シリコンチップ、化合物半導体材料の何れかを採用可能である。前記偏極化物質１２は、高分子分散型液晶(PDLC)、コレステロール液晶(Cholesteric Liquid Crystal)、ポリエチレンナフタレート（PEN）等の偏極化特性を有する材料の一種或いはその組合せであり、偏極化物質１２と第一本体１１の混合一体成形でもよく、或いは偏極化物質１２を前記第一本体１１表面に設置してもよい。

前記三角構造モジュール２０には第二本体２１を備え、前記第二本体２１は第二入光面２１１と第二出光面を備える。前記第二入光面２１１と前記第二出光面２１２はそれぞれマイクロ構造を備える三角形マイクロ構造２１３、２１４を設置し、前記三角形マイクロ構造２１３、２１４は、二次元(その内の一次元は高さ)或いは三次元構造である。本実施例では、三角形マイクロ構造２１３、２１４は直角三角形で、しかも構造面と構造面が対面して組み合わされる。前記三角形マイクロ構造２１３、２１４が備えるマイクロ構造は、ナノサイズマイクロ構造、或いはマイクロナノ複合マイクロ構造であり、異なる波長を組み合わせるが、そのサイズ設計には制限がない故、ここでは説明を省く。

前述構造に基づく図１を参照すると、白色ビーム３０を第一入光面１１１から第一本体１１へと入射すると、白色ビーム３０の光源は、冷陰極蛍光ランプ（CCFL、Cold Cathode Fluorescent Lamp）、アールジービー発光ダイオード（RGB LED）、アールジービーレーザー(RGB Laser)等の光源である。前記白色ビーム３０は第一本体１１に進入後、偏極化物質１２が白色ビーム３０を偏極化し、水平と垂直の両方向の偏極化特性を備えるＰ偏光とＳ偏光（未図示）の進行を分離し、Ｐ偏光を通過させる他、Ｓ偏光は偏極化物質１２によってリターン、散乱され繰り返し利用され、大幅に光エネルギーの使用効率を向上させる。次に、偏極化した白色ビーム３０は、さらに前記第一出光面１１２を通過出射するが、凸レンズ構造１１４の作用により外径の収縮した小型白色ビーム３０Ｐを形成する。

続いて、前記の小型白色ビーム３０Ｐは第二入光面２１１に入射し、第二入光面２１１の三角形マイクロ構造２１３を通過した後、小型白色ビーム３０Ｐは分離して赤、緑、青三原色ビーム３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂとなり、更に、第二出光面２１２に近接する三角形マイクロ構造２１４により、赤、緑、青の三原色ビーム３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂは直線方向に導かれる。即ち、元々レンズモジュール１０に入射した白色ビーム３０の方向は、更に、第二出光面２１２により三角構造モジュール２０から出射する。

図１の実施例において、偏極化物質１２を第一本体１１に設置する。この他、図２から図６に示すその他の実施形態を参照すると、図２において、偏極化物質１２は凸レンズ構造１１３、１１４内に設置し、図３において偏極化物質１２は第一本体１１と凸レンズ構造１１３、１１４内に設置し、図４において偏極化物質１２は第一出光面１１２と凸レンズ構造１１４表面に設置し、図５において偏極化物質１２は第一入光面１１１と凸レンズ構造１１３表面に設置し、図６において偏極化物質１２は第一入光面１１１と凸レンズ構造１１３表面、及び第一出光面１１２と凸レンズ構造１１４表面に設置する。

参照とする図７から図９には異なる形態のレンズモジュールを示す。図７に示したようなレンズモジュール１０aは第一本体１１aを備え、前記第一本体１１aは第一入光面１１１aと第一出光面１１２aを備え、本実施形態の特徴は、第一入光面１１１aに凸レンズ構造１１３aを設置し、第一出光面１１２aに凹レンズ構造１１４aを設置する点にある。図８に示したようなレンズモジュール１０bは第一本体１１bを備え、第一本体１１bは第一入光面１１１bと第一出光面１１２ｂを備え、本実施例の特徴は、第一入光面１１１bに凹レンズ構造１１３bを設置し、第一出光面１１２bに凸レンズ構造１１４bを設置する点にある。更に、図９に示すレンズモジュール１０cは第一本体１１cを備え、第一本体１１cは第一入光面１１１ｃと第一出光面１１２ｃを備え、本実施例の特徴は、第一入光面１１１cと第一出光面１１２ｃに共に、凹レンズ構造１１３b、１１４cを設置する点にある。図７から図９に示すレンズモジュール１０、１０a、１０b、１０cにより理解できる通り、本発明が提供するレンズモジュールは多種の形態があり、凹レンズ或いは凸レンズに限らず、その設計は、入光面レンズ構造の孔径が出光面レンズ構造の孔径より大きく、これによりビームを縮小することが可能であることを原則とする。再度強調して説明するが、レンズモジュールのポイントは、偏極化物質を備え、Ｐ偏光とＳ偏光の進行を分離し、Ｓ偏光をリターンし、散乱して重複利用する点にあり、これにより、大幅に光エネルギー使用効率を向上させることができる。

参照とする図１０は、Ｓ偏光とＰ偏光が屈折率ｎ2の媒介から屈折率ｎ1の媒介に進入した場合の状況を説明している。入射光Ｌ１はθ角で入射し、反射光Ｌ２の反射角はθ、屈折光Ｌ３の屈折角はφである。電磁学の理論に基づくと、媒介面箇所の電場と磁場は連続性を保たなければならないが、Ｓ偏光とＰ偏光の電場と磁場の偏光方向が異なる為、Ｓ偏光とＰ偏光の振幅反射率ｒｓ、ｒｐ、及び光透過率ｔｓ、ｔｐは異なる値となる。

下記の数式に基づく：

上記の数式に示すように、Ｓ偏光とＰ偏光の振幅反射率ｒｓとｒｐ、及びＳ偏光とＰ偏光の光透過率ｔｓとｔｐはどれも、入射角θ及び媒介屈折率ｎ1及びｎ2の関数である。

参照とする図１１に、ブレーズグレーティング（Blazed Grating）回折原理を説明する。
ブレーズグレーティングは、一種の分光効果と回折効率を兼ね備えたグレーティングであり、入射光Ｌ１とグレーティング４０の小平面法線（Facet Normal）Ｌ４の相対角度（即ち夾角α+φ）を調節することにより、回折光Ｌ５の方向とグレーティング小平面（Facet）４１を屈折平面とする場合の屈折方向を同じにし、この時、回折光学効率は回折方向（またはグレーティング小平面４１の屈折方向、図に示したグレーティング法線Ｌ6夾角βとの方向）において最大を達成する。

もし入射光Ｌ１が偏極性を有するS偏光及びP偏光である場合、透過光の振幅と位相分布は更に、入射光と媒介面の夾角及びグレーティング媒介面両辺の屈折率の影響を受ける故、更にグレーティング４０の形状や角度（図に示した該角度θ1及びθ2）を微調整しなければならない。これにより、回折光学効率は特定回折方向（或いはグレーティング小平面４１の屈折方向）において最大となる。

前述原理に基づく図１２及び図１３を参照して戴くと、その内の図１２は、S偏光L7に対するものであり、そのグレーティング50底角はそれぞれθs及びθs’に制御される。図１３は、P偏光Ｌ８に対するものであり、そのグレーティング６０の底角はそれぞれθp及びθp’に制御される。S偏光Ｌ７及びP偏光Ｌ８がそれぞれ、屈折率n2の媒体からグレーティング５０、６０を通過して屈折率n1の媒体に進入した場合、その入射光と媒体面の夾角、及びグレーティング５０、６０媒体面両辺の屈折率はどれも透過光及び反射光の振幅と位相分布に影響する。光学利用効率を向上させる為に、特定回折級数、例えば図１２及び図１３に示した該回折級数-1Tは、グレーティング５０、６０の底角θs、θs’及びθp、θp’をコントロールすることにより達成する。

前述したS偏光とP偏光の分光及び回折原理の分析からわかる通り、グレーティングが偏極特性を有する光線と一般の偏極特性を有しない光線に向き合う場合、構造を最良設計する時に考慮すべき点が異なる故、結果として違うものとなる。本発明が向き合う光線は偏極特性を有する光線であり、よって、本発明が提供する三角形マイクロ構造グレーティング構造は、偏極光の最良設計である。

次に、図１４から図１７に示した形態の異なる三角構造モジュールを参照して戴きたい。図１４に示した三角構造モジュール２０ａにおいて、本実施例は、二つの本体２１a、２１a’を有し、該本体２１a、２１a’はそれぞれ一つの入光面２１１aと一つの出光面２１２aを備え、該本体２１a、２１a’の間には構造面と構造面に対応する三角形マイクロ構造２１３a、２１４aを設け、該三角形マイクロ構造２１３a、２１４aはどちらも直角三角形であり、図に示した通り該三角形マイクロ構造２１３a、２１４aは多層階段状を呈することから、該三角形マイクロ構造２１３a、２１４aが多層階段状マイクロ構造により形成されることを特徴とする。更に、図１５に示したような該三角構造モジュール２０bは、二つの本体２１b、２１b’を備え、本実施例は、二つの本体２１b、２１b’の相互に離れている面上にそれぞれ構造背部と構造背部に対応する三角形マイクロ構造213b、214bを設け、該三角形マイクロ構造２１３b、２１４bはどちらも直角三角形であり、該三角形マイクロ構造２１３bの構造面を入光面とし、別の三角形マイクロ構造２１４bの構造面を出光面とすることを特徴とする。更に、図１６に示した該三角構造モジュール２０cにおいて、本実施例は図１４と類似しているが、それは二つの本体21c、21c’を有し、該本体21c、21c’はそれぞれ一つの入光面211cと一つの出光面２１２cを備え、該本体２１c、２１c’の間には構造面と構造面に対応する三角形マイクロ構造２１３c、２１４cを設けている。本実施例は、該三角形マイクロ構造２１３c、２１４cはどちらも二等辺三角形であることを特徴とする。更に、図１７に示した通り該三角構造モジュール２０dにおいて、本実施例と図１５は類似しており、それは二つの本体２１d、２１d’を備え、該本体２１d、２１d’の相互に離れている面上にそれぞれ構造背部と構造背部に対応する三角形マイクロ構造２１３d、２１４dを設け、該三角形マイクロ構造２１３d、２１４dはどちらも二等辺三角形であり、該三角形マイクロ構造２１３dの構造面を入光面とし、別の三角形マイクロ構造２１４dの構造面を出光面とする。

図１、図１４から図１７に示した該三角構造モジュール２０、２０a〜２０dでわかる通り、本発明が提供する三角構造モジュールには多種の形態があり、その本体は、単一（図１参照）とすることも可能であり、また二つの本体を分離することも可能である（図１４〜図１７参照）。その三角形マイクロ構造は、直角三角形（図１、図１４、図１５参照）または二等辺三角形（図１６、図１７参照）とすることも可能で、その三角形マイクロ構造は構造面と構造面を向き合わせ組み合わせることも可能であり（図１、図１４、図１６）、また構造背部と構造背部を向き合わせ組み合わせることも可能である（図１５、図１７）。

前述の異なる実施例におけるレンズ構造と該三角形マイクロ構造はどちらも周期性構造であり、それは、下記の数式に基づいて設計される。

その内のθは回折角度であり、λは波長、pは構造周期、mは異なる回折級数である。その内の該回折級数mは一つの整数であり、同様に、実際の必要に応じて設定する適当な角度、波長、構造周期、回折級数には一定の制限は全くない。

図１８に、三角構造モジュール中の三角形マイクロ構造を、構造面と構造面を相対させ組み合わせる構造実験分析図を示す。三角形マイクロ構造の深さが1.4μmである時、偏極化光と非偏極化光を入射光とする。三角形マイクロ構造の周期が0.5umから5umである時、偏極化光と非偏極化光を光源としたそれぞれの回折効率を計算し、その結果は図１９に示す。曲線η１は、入射光が偏極化光である回折効率を表し、曲線η２は、入射光が非偏極化光である回折効率を表し、三角形マイクロ構造の周期が0.8umである時、最適な回折効率を得ることができる。入射光が偏極化光である時の最適回折効率は７８．１９３％で、入射光が非偏極化光である時の最適回折効率は７３．２４８％である。以上の実験に関する説明により、レンズモジュールに偏極化物質を加えて入射光線を偏光とする時、三角構造モジュールの設計条件も異なって来ることが分かる。液晶パネルに応用する時には、光線の液晶パネル偏光板よる吸収を低下させることができ、同時に三角構造モジュールの設計効率を向上させることもできる。

前述した通り、本発明が提供する偏極化色彩分光装置は、極性物質によりP偏光とS偏光の進行を分離し、S偏光はリターン、散乱されて繰り返し利用することができ、よって、大幅に光エネルギー使用効率を向上させる。また、特殊設計した周期性のレンズモジュール及びマイクロ構造を有する三角構造モジュールは、色ビームを赤、緑、青三原色ビームに分離し、且つ、ビームを直線方向に導く。実験により、その角度誤差は±0.1度以下であり、伝統的なグレーティングが入射平行光に制限される先天的な限界と、モジュール組み立てが縦に深く横方向との誤差を生じて敏捷度に影響を与える欠点を克服する。平面ディスプレイとバックライトモジュールの製造工程に応用し、製品良品率と光エネルギー使用効率を最低16％、大幅向上させることができる。

本発明の実施例に関する構造図である。 本発明に関する偏極化物質の異なる設置形態図である。 本発明に関する偏極化物質の異なる設置形態図である。 本発明に関する偏極化物質の異なる設置形態図である。 本発明に関する偏極化物質の異なる設置形態図である。 本発明に関する偏極化物質の異なる設置形態図である。 本発明に関する異なる形態のレンズモジュール構造図である。 本発明に関する異なる形態のレンズモジュール構造図である。 本発明に関する異なる形態のレンズモジュール構造図である。 Ｓ偏光とＰ偏光が異なる媒介面を通過した場合の屈折、反射状態図である。 ブレーズグレーティング回折原理図である。 Ｓ偏光が三角形マイクロ構造のグレーティングを通過した場合の屈折、反射状態図である。 Ｐ偏光が三角形マイクロ構造のグレーティングを通過した場合の屈折、反射状態図である。 本発明に関する異なる形態の三角構造モジュールの構造図である。 本発明に関する異なる形態の三角構造モジュールの構造図である。 本発明に関する異なる形態の三角構造モジュールの構造図である。 本発明に関する異なる形態の三角構造モジュールの構造図である。 本発明の実施例に関する三角形マイクロ構造が構造面対構造面で相対し組み合わされる実験構造図である。 図１８の構造により実験を行い分析により得られた回折効率グラフである。

符号の説明

１０、１０a、１０b、１０c レンズモジュール
１１、１１a、１１b、１１c 第一本体
１１１、１１１a、１１１b、１１１c 第一入光面
１１２、１１２a、１１２ｂ、１１２ｃ 第一出光面
１１３、１１３a、１１４、１１４b 凸レンズ構造
１１３b、１１４a、１１３c、１１４c 凹レンズ構造
１２ 偏極化物質
２０、２０a、２０b、２０c、２０d 三角構造モジュール
２１、２１a、２１a’、２１b、２１b’、２１c、２１c’、２１d、２１d’ 第二本体
２１１、２１１a、２１１c 第二入光面
２１２、２１２a、２１２c 第二出光面
２１３、２１４，２１３a、２１４a、２１３b、２１４b、２１３c、２１４c、２１３d、２１４d 三角形マイクロ構造
３０ 白色ビーム
３０P 小型白色ビーム
３０R、３０G、３０B 赤、青、緑の三原色ビーム
４０、５０、６０ グレーティング
４１ グレーティング小平面
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 屈折光
Ｌ４ 小平面法線（Facet Normal）
Ｌ５ 回折光
Ｌ６ グレーティング法線
Ｌ７ Ｓ偏光
Ｌ８ Ｐ偏光
ｎ１ 屈折率
ｎ２ 屈折率
ｒｓ、ｒｐ 振幅反射率
ｔｓ、ｔｐ 光透過率
θ、θ１、θ２、β、φ 角度、夾角
θｓ、θｓ’、θｐ、θｐ’ グレーティング底角
η１、η２ 曲線

Claims (12)

1. 一つのレンズモジュールと一つの三角構造モジュールを備える偏極化色彩分光装置において、
   前記レンズモジュールは第一本体を備え、前記第一本体には一つの第一入光面と一つの第一出光面を備え、前記第一入光面と第一出光面にはそれぞれレンズ構造を設け、第一本体には偏極化物質を備え、
   前記三角構造モジュールは一つの第二本体を備え、前記第二本体には一つの第二入光面と一つの第二出光面を備え、第二入光面と第二出光面にはそれぞれ三角形マイクロ構造を設け、
   白色ビームを前記第一入光面から前記第一本体に入射させ、前記偏極化物質を経て偏光後、前記レンズ構造により前記白色ビームを縮小し、前記第一出光面より出射し、さらに前記第二入光面より前記三角構造モジュールに進入し、前記第二入光面の前記三角形マイクロ構造により、前記白色ビームを赤、緑、青の三原色ビームに分離し、続いて前記第二出光面の前記三角形マイクロ構造を経て、前記赤、緑、青の三原色ビームを直線方向にガイドし、前記第二出光面より出射することを特徴とする偏極化色彩分光装置。
2. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、高分子分散型液晶、コレステロール液晶、ポリエチレンナフタレート等の偏極化特性材料を有する一つ或いはその組み合わせとすることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
3. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、第一本体と一体成形することを特徴とする偏極化色彩分光装置。
4. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記レンズ構造は、球面柱状、或いは非球面柱状の凸レンズ、或いは凹レンズであることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
5. 請求項４記載の偏極化色彩分光装置において、前記第一入光面のレンズ構造の孔径は前記第一出光面のレンズ構造の孔径より大きいことを特徴とする偏極化色彩分光装置。
6. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記第一本体は、有機材料、ガラス、金属、シリコンチップ、化合物半導体材料であることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
7. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記レンズモジュールのレンズ構造、及び三角構造モジュールの三角形マイクロ構造はどちらも周期性構造であることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
8. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記偏極化物質は、第一本体内部または表面に設置することを特徴とする偏極化色彩分光装置。
9. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、二等辺三角形または直角三角形であることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
10. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記第二入光面と第二出光面は、同一第二本体の相対する両面に設置するか、異なる本体にそれぞれ設置することを特徴とする偏極化色彩分光装置。
11. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、構造面と構造面を向き合わせて組み合わせるか、構造背部と構造背部を向きあわせて組み合わせることを特徴とする偏極化色彩分光装置。
12. 請求項１記載の偏極化色彩分光装置において、前記三角形マイクロ構造は、マイクロ／ナノ等級のマイクロ構造であることを特徴とする偏極化色彩分光装置。

Images