JPH06235900A - ルミネセンス層を有する光源 - Google Patents
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Abstract
して光が導かれる光源の提供。 【構成】 光の損失が低く、製造が容易な、少なくとも
1つのコレステリック結晶層コレステリックフィルター
を有する光学フィルター5,9を具えた光源である。
Description
通して導くようにしたルミネセンス層を有する光源に関
するものである。
を具えたカラー投影装置に用いられる光源は、ドイツ国
特許DE-OS 3836955 号によって知られている。集光フィ
ルターのように光放射を前方に集める多層干渉フィルタ
ーは、前面基板とルミネセンス材料との間に配置されて
いる。干渉フィルターは、製造するのが難しい。1つの
大きな問題は、それぞれの層の厚さを一定に保ことであ
り、満足の行く動作のために絶対に必要なことである。
は、容易に製造でき、光損失が低いフィルターを有する
光源を提供するものである。
1つのコレステリック結晶層(コレステリックフィルタ
ー)を有する光学フィルターによって解決される。
s Research Bulletin on Materials1991, 15頁、又は欧
州特許EP-A 0154953号参照)は、選択可能の波長範囲
で、所要の回転方向(例えば左旋性)に円偏光している
光を透過し、回転の方向と逆の方向(例えば右旋性)の
円偏光を反射する。従って、もし偏光フィルターのよう
なフィルターが用いられるならば、非偏光入射光の最大
半分までの透過光及び反射光の両者を利用できる。ルミ
ネセンス狭帯域光源とコレステリック偏光フィルターと
の本発明による組み合わせによって、コレステリック層
による反射光はルミネセンス層によって偏光解消され、
コレステリック層に逆反射され、この光の約半分の量
が、例えば左旋性偏光としてコレステリック偏光フィル
ターを通過する。この逆反射した光の残余は、再びルミ
ネセンス層の方へ反射し、ここで再び偏光解消されコレ
ステリック層に逆反射する。このプロセスは同じような
方法で何回も繰り返すことができ、不可避の吸収損失を
考慮して、非偏光入射光の約80%が最終的にコレステ
リック偏光フィルターを、例えば左旋性偏光として通過
する。
ルターは、コレステリックフィルターが右旋性又は左旋
性のコレステリック層を有し、該コレステリック層にお
いて透過光が偏光される波長範囲がルミネセンス光の波
長範囲より大きく、該コレステリックフィルターにおい
て垂直の入射光が偏光される波長範囲及びルミネセンス
光の波長範囲が略等しい低い波長で始まることを特徴と
するものである。
許DE-OS 3836955 号で知られた装置の干渉フィルター
を、極めて簡単な方法で製造することができる、逆方向
に偏光する2つのコレステリック層の組み合わせによっ
て置き換えることが可能であることを示している。本発
明によるこれに対応する解は、コレステリックフィルタ
ーが集光フィルターであり、該集光フィルターは連続的
に配置されたコレステリック層を有し、該コレステリッ
ク層の1つは右旋性方向に偏光し他は同一波長範囲で左
旋性方向に偏光し、該組み合わせ層において垂直の入射
光が完全に反射する波長範囲は、ルミネセンス光の波長
範囲より若干上にあることを特徴とするものである。
ーと本発明によるコレステリック集光フィルターを交互
に配置し、これらの物理的効果を加え合わせることも可
能である。2層を用い、この効果を持つ簡単な解は、コ
レステリックフィルターが互いに逆方向に回転させる第
1の偏光層と第2の偏光層とを有し、第1の層を通過し
た光が偏光する波長範囲が、ルミネセンス光の波長範囲
より大きく且つ垂直に光が入射する場合にはルミネセン
ス光の波長範囲と略等しい低い波長で始まり、逆の回転
方向に偏光する第2の層が垂直の入射光を偏光する波長
範囲がルミネセンス光の波長範囲より若干上にあること
を特徴とするものである。
レビジョン(図3)のためのカソードルミネセンス管で
あって、その中にはλ/4素子が光源とLCD素子との
間に配置されたカソードルミネセンス管の一部を構成す
ることを特徴とするものである。更に他の好ましい実施
例による本発明の光源は、異なった色の光源のパターン
を持つ平面カラー表示スクリーンの一部を構成すること
を特徴とするものである。更に他の実施例による光源
は、前面にλ/4素子と吸収偏光器が配置された基板の
背面に配置されることが可能な光源である。
を用いて詳細に説明する。図1は、左旋性又は右旋性の
偏光コレステリック層の波長λにおける反射率Rを示
す。理想的な表現によれば、限られた波長範囲で、非偏
光入射光の半分の量が与えられた回転方向の円偏光とし
て透過し、入射光の他の半分の量は、逆方向の円偏光と
して反射する。この波長範囲の位置は、入射光の方向と
コレステリック層の法線との間の角度θに依存する。θ
=0のときは反射範囲がλ1 とλ2 との間であり、θ=
60°のときは範囲がλ3 とλ4 との間である。特性曲
線Lは、コレステリック層への入射光の相対強度におけ
る波長依存性を示す。ルミネセンス層のほぼ完全な放射
はλ1 とλ4 との間にあり、60°>θ>0の範囲で、
この放射の半分の量は偏光としてコレステリック層を通
って直接透過する。反射光は、ルミネセンス層によって
大きく偏光解消されて逆反射される。その結果、逆反射
した放射のほぼ半分の量が円偏光としてコレステリック
層を相加的に透過することができる。このコレステリッ
ク層からの反射とルミネセンス層からの逆反射のプロセ
スは何回も繰り返すことができ、不可避の吸収損失を考
慮しても、非偏光射出光の80%までがコレステリック
層を円偏光として通過する。
は、0°とルミネセンス放射の放射角に近い角度θ(例
えばθ=60°)との間でルミネセンス層のスペクトル
の少なくとも主要な部分が反射するように、選択すれば
よい。θ=0に対する限界波長λ1 がルミネセンス光の
最小限界波長に近いことは好都合である。図1によれ
ば、円偏光光源は、非偏光射出光の80%までが円偏光
に変換される。従来の偏光器では50%までであった。
ステリック層の連続的配置の反射率を、角度θ=0とθ
=60°について図1と同様に示したものである。図1
と対照的に、ルミネセンス放射Lの波長範囲は、θ=0
で2つのコレステリック層が完全光を反射する波長範囲
λ1'とλ2'の間の近くではあるが、その外側にある。こ
れは、角度θ=0°のルミネセンス光はコレステリック
層を完全に通過することを意味する。しかしながら、入
射光がθ=60°の場合におけるコレステリック層の反
射範囲はλ3'とλ4'の間の値にシフトし、そのため、θ
>60°の入射光は最初ルミネセンス層の方向に完全に
反射する。しかしながら、反射と逆反射とのプロセスが
数回繰り返される間に、この層からは大部分が0<θ<
60°の範囲の放射角度で逆反射し、そしてコレステリ
ック層を通過する。最終的には、ルミネセンス放射の大
き過ぎる角度θで放射された部分は、高い効率でかなり
小さい角度θを持つ放射に変換される。充分な効率を上
げるためには、限界波長λ 3'及びλ4'をルミネセンス放
射のスペクトルの限界波長にできるだけ近づければよ
い。ルミネセンス層と組み合わせた結果、逆方向に円偏
光する2つのコレステリック層は高い透過率を持った集
光フィルターとして作用する。
は、高い効率で円偏光し且つ同時に射出光を前方向の狭
い放射角度範囲に集める光学フィルターが得られる。図
2bにおいては、垂直に入射する光の場合における反射
率を実線で示し、60°における反射率を破線で示し
た。この特性曲線は、逆方向に偏光する2つのコレステ
リック層を重ね合わせた場合を示している。それらの層
の1つは、図1によって形成され、他の1つは図2aに
示された層の1つと同様に形成されたものである。波長
の限界値は前の図と同じ表示を用いた。
ステリックフィルターの特に好ましい利用例を示す。図
3は、図2bのカソードルミネセンス光源(ドイツ特許
DE-OS 3836955 号参照)の図であり、カソード1 、グリ
ッド2 、ルミネセンス層3 、透明基板4 及び3層コレス
テリックフィルター5 を有する。コレステリックフィル
ターは、集光されたビームの中の円偏光を、λ/4素子
6 を通してマトリクス型に形成駆動されるLCD セルを具
えたLCD 光表示管7 に通す。λ/4素子6 から円偏光は
殆ど損失無しに直線偏光に変換され、この直線偏光はLC
D 光表示管7 のLCD セルを駆動するのに用いられる。
は、ルミネセンス層の射出光のほぼ70%がLCD 管7 に
導かれる。従来例ではこの値は50%以下である。従来
例では、事実、偏光器で50%以上が失われ、干渉フィ
ルターで更に失われる。
分図である。この表示スクリーンは、交互に配置された
赤(R)緑(G)青(B)の格子形状パターンのルミネ
センスピクセル8 を具え、これらは図示されていないカ
ソード装置(例えばフィールドエミッタ型の)によって
選択的に電子照射される。それぞれの“色”に対応した
コレステリックフィルター素子10は、共通透明基板9 と
ピクセル8 との間に配置されている。ルミネセンスピク
セル8 の光は、“ブラックマトリクス”11の格子状開口
部を通って基板9 を透過する。“ブラックマトリクス”
11は外部から基板9 に入射する光を減らすために使われ
る。
ように2層をもち、干渉フィルターと同様に前方に大き
なルミネセンスを実現する。しかしながら、干渉フィル
ターとは逆に、同じように動作するコレステリックフィ
ルターはずっと容易に製造することができる。更に、特
に、フィルター効果は層の厚さの変化に殆ど影響されな
い。勿論、コレステリック層を含む装置の製造時には 2
00°Cを超える温度を避けるべきである。その理由は、
有機物であるコレステリック層は、そのような高い温度
では破壊されてしまうからである。
クマトリクス”の効果による周囲の光の吸収は簡単な方
法で実現される。この目的のために、図4aに示された
コレステリックフィルター素子10は、図2bのコレステ
リックフィルター素子14で置き換えられている。λ/4
素子12及び偏光器13が付加的に設けられている。λ/4
素子12は入射円偏光を直線偏光に変換する。偏光器13は
この直線偏光が完全に透過するように配置される。他
方、偏光器13に入射する外部の光の最大半分までの量は
反射され得るものであり、残余は吸収される。
波長範囲を、ルミネセンス層の波長範囲と比較して示し
た図である。
射波長範囲を、ルミネセンス層の波長範囲と比較して示
した図である。図2bは、偏光性と集光性を持つ層の組
み合わせの反射率を示す図である。
ルターを用いた平面カラー表示スクリーンの一部分を示
す図である。図4bは、図2bによって動作する集積さ
れたコレステリックフィルターを用いた平面カラー表示
スクリーンの一部分を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 光を光学フィルターを通して導くように
したルミネセンス層(3,8)を有する光源において、
該光学フィルター(5,9)が少なくとも1つのコレス
テリック結晶層(コレステリックフィルター)を有する
ことを特徴とするルミネセンス層を有する光源。 - 【請求項2】 コレステリックフィルターが偏光フィル
ターであることを特徴とする請求項1に記載のルミネセ
ンス層を有する光源。 - 【請求項3】 コレステリックフィルターが右旋性又は
左旋性のコレステリック層を有し、該コレステリック層
において透過光が偏光される波長範囲がルミネセンス光
の波長範囲より大きく、該コレステリックフィルターに
おいて垂直の入射光が偏光される波長範囲及びルミネセ
ンス光の波長範囲が略等しい低い波長で始まることを特
徴とする請求項2に記載のルミネセンス層を有する光
源。 - 【請求項4】 コレステリックフィルターが集光フィル
ターであり、該集光フィルターは連続的に配置されたコ
レステリック層を有し、該コレステリック層の1つは右
旋性方向に偏光し他は同一波長範囲で左旋性方向に偏光
し、該組み合わせ層において垂直の入射光が完全に反射
する波長範囲は、ルミネセンス光の波長範囲より若干上
にある(図2a)ことを特徴とする請求項1に記載のル
ミネセンス層を有する光源。 - 【請求項5】 コレステリックフィルターが互いに逆方
向に回転させる第1の偏光層と第2の偏光層とを有し、
第1の層を通過した光が偏光する波長範囲が、ルミネセ
ンス光の波長範囲より大きく且つ垂直に光が入射する場
合にはルミネセンス光の波長範囲と略等しい低い波長で
始まり、逆の回転方向に偏光する第2の層が垂直の入射
光を偏光する波長範囲がルミネセンス光の波長範囲より
若干上にある(図2b)ことを特徴とする請求項1に記
載のルミネセンス層を有する光源。 - 【請求項6】 LCD投影テレビジョン(図3)のため
のカソードルミネセンス管であって、その中にはλ/4
素子(6)が光源とLCD素子(7)との間に配置され
たカソードルミネセンス管の一部を構成することを特徴
とする請求項1乃至3又は5のいずれか1項に記載のル
ミネセンス層を有する光源。 - 【請求項7】 異なった色の光源のパターンを持つ平面
カラー表示スクリーンの一部を構成する(図4a)こと
を特徴とする請求項4に記載のルミネセンス層を有する
光源。 - 【請求項8】 前面にλ/4素子(12)と吸収偏光器
(13)が配置された基板(9)の背面に配置されたこ
とを特徴とする請求項7に記載のルミネセンス層を有す
る光源。
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