JP2001521643A

JP2001521643A - コリメータ

Info

Publication number: JP2001521643A
Application number: JP54445498A
Authority: JP
Inventors: デイビー，アンソニー・ベルナルド; ベイリー，ポール・アンドリユウ; コーカー，テイモシー・マーテイン; クロスランド，ウイリアム・オールデン
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2001-11-06
Also published as: CN1261439A; KR20010020272A; GB9708468D0; US6078421A; WO1998049585A1; AU7069198A; EP0978004A1

Abstract

(57)【要約】低域通過干渉フィルタに類似した形で異なる厚さの層のスタック（１１）からコリメータを形成する。コリメータは、フィルタの通過帯域内にちょうど入る所定の波長の狭帯域光によって照明されたとき、所定の角度範囲内（通常はほぼ垂直入射）で入射した光を選択的に透過する。コリメータ層は液晶変調器（１）の１つの面上に簡単に堆積できるので、コリメータは蛍光体エミッタ（１７）を有するフォトルミネセント液晶ディスプレイに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】コリメータ本発明は、特に、例えばＷＯ９５／２７９２０（Ｃｒｏｓｓｌａｎｄ他）に開示されているものなどの、フォトルミネセントスクリーンを使用するタイプの液晶ディスプレイシステムとともに使用するための改善されたコリメータに関する。液晶ディスプレイセルとともに使用するのに適したコリメートされた光をつくり出すための手段が知られている。例えば、ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢＵｌｌｅｔｉｎ（１９８７）の４８３８頁には、光ガイドプレートと、プレートの前に配置された複数の成形レンズレット（Ｉｅｎｓｌｅｔ）を有するレンズプレートとを含むシステムが開示されている。成形レンズレットは、光ガイドプレート中の穴を通過する光をコリメートするものである。同様の装置が、欧州特許出願第５２９８３２号（ＲｏｃｋｗｅｌｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に開示されている。その場合、蛍光体を使用して、レンズアレイによって集束すべき光の小さいスポットを得る。液晶ディスプレイでは様々な理由でコリメータが望ましい。理由の１つは、拡散光源を使用した場合に、単一のセルを通過するコリメートされていない光が拡散し、フォトルミネセントスクリーンのかなりの領域を覆い、クロストークが生じるためである。これは、スクリーンの解像度を損なうことになり、またフォトルミネセントスクリーンを使用したＬＣＤの場合に特に著しく、カラーディスプレイでは、間違った色の蛍光体が照明されることがある。標準のタイプの液晶セルでは、バックライトのコリメーションを大きくすると、ディスプレイはコリメーション方向でより明るくなるが、ディスプレイの視角が小さくなるという不利な影響がある。したがって、例えば拡散プレートを使用して、ディスプレイからの光を再び拡散させなければならない。しかしながら、フォトルミネセントＬＣＤ（ＰＬＬＣＤ）では、ＷＯ９５／２７９２０で説明されているように、フロントスクリーン上の蛍光体がかなり有利に拡散機能を果たす。しかしながら、従来技術のコリメータは大きく、レンズアレイを正確に製造するために高価な製造技法を必要とする。また、光構成要素用の反射防止コーティングが知られている。これらは、表面が次の関係式を満足する屈折率ｎ₂の薄膜で覆われている場合に、屈折率ｎ₁の透明な表面に対して垂直に入射した光がすべて透過されるという原理に基づいて動作する。ｎ₀×ｎ₁＝ｎ₂ ²およびｎ₂×ｄ＝λ／４上式で、ｎ₀は空気の屈折率、ｄはセル厚さ、λは使用する光の波長である。他の入射角（および他の波長）では、光の一部が反射される。反射防止コーティングは、垂直入射での特定の波長の光に対してのみ最適に動作する。しかしながら、異なる屈折率および厚さの複数の誘電体層を使用すれば、垂直入射でのスペクトル通過帯域を改善することができる。本発明は、薄い誘電体コーティングをディスプレイで新規に使用することができるという認識に基づいている。本発明の第１の態様によれば、所定の範囲の入射角にわたって入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された、光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタを含んでいる、所定の波長の近傍の帯域内の光用のコリメータが提供される。コリメータを拡散光源と組み合わせて使用すれば、光変調装置、特にＬＣＤ用の光入力を得ることができる。薄膜はほとんどスペースをとらず、またＬＣＤ用のガラスプレートなど既存の構成要素上の層として組み込むことが可能なので、干渉フィルタが特に有利である。もちろんこのフィルタは、入力光の狭い範囲の波長とともに使用するのに適している。したがって光源は、最良の結果を得るために、ほぼ単色性光源かまたは狭帯域光源でなければならない。これは通常、ＬＣＤの場合、少なくともカラーディスプレイの場合には望ましくないが、ＰＬＬＣＤの場合には、入力が、理想的には鋭いカットオフフィルタとともに使用するのに適している狭帯域近可視紫外光である場合には通常望ましい。その場合、出力は蛍光体によって与えられる。角度領域または波長領域では、一般的なフィルタは、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタの３つのタイプのうちの１つと考えられる。波長領域で考えたとき、低域通過フィルタは短波通過フィルタとも呼ばれる。同様に、高域通過フィルタは長波通過フィルタと呼ばれる。短波フィルタおよび長波フィルタは、それらの応答に単一のエッジを有するエッジフィルタとも呼ばれる。このエッジの位置は、それ自体フィルタのカットオフと呼ばれる。分かりやすいように、そのようなフィルタのカットオフは、一般に、応答（通常、透過率）が垂直入射で５０％になる点と規定される。角度領域ではフィルタのカットオフに対して同様の規定が使用される。これらのフィルタタイプの理想的な透過波長グラフを、第１図に示す。帯域通過フィルタは、２つのエッジを有し、したがって２つのカットオフを有する。波長領域では、これらは長波長カットオフおよび短波長カットオフと呼ばれる。波長領域での干渉フィルタの応答の形態は、入射角が増大するにつれてより短い波長に移ることが知られている。これを第２図に概略的に示す。垂直入射での波長領域でのフィルタの性能が、帯域通過タイプの外観を有する場合、特定の波長での角度領域での性能は、この性質を使用してより大きいまたはより小さい程度まで予測することができる。例えば、第３図を参照すると、波長λ₀での角度領域での性能は、第４図（低域通過フィルタと呼ばれる）に示されるものになるが、λ₁での性能は、第５図（帯域通過フィルタと呼ばれる）に示されるものになる。もちろんこれらの図は概略的なものである。これは、厳密に言えば、応答の形態は、入射角が増大するにつれて正確に保存されないためである。第６図に垂直と３０°の２つの入射角での、本発明で使用するために調製された短波通過エッジフィルタの実際の応答を示す。とはいえ、カットオフに近い波長では、通過特性は入射角に敏感になることが分かる。例えば３９０ｎｍの波長は、垂直入射で大きく通過するが、３０°ではほぼ完全に反射される。ＰＬＬＣＤ応用装置では、角度領域での所要の性能は、通常低域通過フィルタの性能になる。この場合、波長領域での所要の応答は、正確に「帯域通過」応答である必要はなく、第４図に示されるものなど、短波エッジフィルタで十分である。ほぼ垂直の入射光を通過させる場合、エッジフィルタのカットオフは、設計波長（すなわち光源のスペクトルのピーク）の長波長側に置かなければならない。例えば、第６図のフィルタのカットオフは、３８８ｎｍなど設計波長の長波長側にある３９６ｎｍのところにある。３８８ｎｍでの角度領域での得られた応答を第７図に示す。この応答は、３８８ｎｍ拡散光源の角度分布が、フィルタを通過するときに±２５％程度まで制限されることを示している。カットオフを設計波長のより近くに置くことによって、より緊密な分布が得られ、明らかにトレードオフが行われる。すなわち、カットオフ波長を大きくすると光の透過率が最大になるが、光の角広がりはより大きくなる。一方、単色光の波長が、波長対透過率のグラフの通過帯域の限界での急峻なエッジのほぼ上にあるか、さらにはそのエッジ上にくるように、カットオフ波長を短くした場合、改善されたコリメーションが得られるが、輝度は低下する。第６図に示されるような実際のフィルタの場合、急峻なエッジは、上部において、フィルタの品質によって異なるサイズを有するより小さいまたはより大きいピークまたは「第１の最大値（ｆｉｒｓｔｍａｘｉｍｕｍ）」で終端する。このピークは、フィルタ特性に関して、光源の波長を規定するために有用である。一般に、所要の波長は、光の十分なスループットが得られるよう、その短波長側でカットオフに近くなければならない。各層は、所要の波長での透過率が、第１の最大値での透過率の８０％または９０％になるように構成することもできる。代替基準として、（実際にそうであるように）光源が有限の帯域幅Δを有する場合、フィルタのカットオフは、光出力のほとんどすべて（少なくとも９０％）がフィルタによって透過される（反射されない）ように設計しなければならない。変形実施形態では、垂直方向からはずれた光のみを透過しなければならない場合、高域通過フィルタが使用できる。光源波長（すなわち所定の波長）は、カットオフの短波長側にある。基板は平坦なプレートであり、コリメータはコリメートされた光出力を利用する光学装置と組み合わせて使用されることが好ましい。単なるスタックの効率は、非常に低くなり、例えば、カットオフが３０°の理想的な低域通過角度フィルタでは、ランベルシアン光源（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎｓｏｕｒｃｅ）とともに使用した場合、５０％の効率になる。効率または全体的なスループットを改善するために、はねかえされた光を再生する手段が設けられる。これが可能であるのは、フィルタによって透過されない光は吸収されず、フィルタが透過で使用されている場合に反射されるためである。その場合、はねかえされたまたは反射された光は、高度反射拡散ミラー（第８図参照）によって例示される適切な手段によってフィルタに再び与えられる。透過スペクトルを調整するために変更することができる多数のパラメータがあるので、本発明によるコリメータを設計する最も簡単な手順は、所与の誘電率の複数の層について、波長と角度に応じて透過係数を計算することができるコンピュータプログラムを使用することである。そのようなコンピュータプログラムを作成することは困難ではない。２つの誘電材料は、所定の波長で、できるだけ大きく離れた屈折率を有するように選択することが好ましい。例えば、３８８ｎｍの波長で、約２．３および約１．４７の屈折率をそれぞれ有する、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）が選択できる。二酸化チタン（ＴｉＯ₂）は代替の（若干損失はあるが）屈折率のより高い材料となり、また二フッ化マグネシウムは代替の屈折率のより低い材料となる。材料を選択したら、その厚さを選択しなければならない。その場合、適切なプログラムを使用して、得られたフィルタの性能を評価することができる。例えば、所定の波長の１／４と同じ厚さを有するように、高屈折率層を選択することによって良好な結果が得られている。（ＨＬ）ⁿなどの用語法を使用する。Ｈは高屈折率材料の層を示し、Ｌは低屈折率材料の層を示す。各層の厚さは、適切な媒体中の１／４波長になるように考慮される。括弧内の層を「ｎ」回繰り返すことによって、規則的なスタックを作成することができる。したがって、（ＨＬ）¹⁰設計は２０個の層を有し、各材料からなるそれぞれ１０個の層になる。さらに、例えば（ＨＬ）³（２Ｈ）（ＬＨ）³など、任意の設計をこの用語法によって説明することができる。詳細な説明および例については、ＪａｍｅｓＤＲａｎｃｏｕｒｔ、「ＯｐｔｉｃａＴｈｉｎＦｉｌｍｓ／Ｕｓｅｒｓ ’Ｈａｎｄｄｂｏｏｋ」を参照されたい。上述の光の角度分布を制限するために使用できる短波長通過フィルタの好ましい実施形態は、波長領域内に正確に位置付けられる（ＨＬ）ⁿフィルタを設計し、次いで例えばＴＦＣａｌｃで与えられているような最適化アルゴリズムを使用して、適切な最適化ターゲットに対する性能を改善することによって設計される。このプロセスを第９図および第１０図に示す。波長領域内の通過帯域が、上述のプロセスによって正確に位置付けられている場合、角度領域の所要の性能が得られる。第９図は、（ＨＬ）¹³のスタックから構成された最適化されていないエッジフィルタを示し、第１０図は最適化後のエッジフィルタを示す。本発明によるコリメータは、所定の波長の近傍の波長帯域内の光にのみ適しているという明らかな欠点を有する。しかしながら、ほぼ単色性の光を使用した用途では、これは欠点ではなく、多数のレンズアレイと比較した本発明によるコリメータは単純性が高く、製造が容易であり、厚さが薄いので非常に有利である。したがって、このコリメータは、整合されたほぼ単色性の光の光源と組み合わせて使用することが好ましい。各層は、知られている技法を使用して堆積できる無機層であることが好ましい。２つ以下の異なる誘電材料を使用し、基板上に交互に設けることが好ましい。十分な角度識別を達成するために、一般に少なくとも３対の誘電体層を設ける必要がある。いくつかの現在の実施形態では、ほぼ２５対が使用されており、それによれば過度の製造問題を生じることなく良好な角度識別が行える。ＰＬＬＣＤの場合、所定の波長は約３８８ｎｍが好ましいが、３６５ｎｍ（水銀放電ランプの共通の波長）も使用できる。各誘電体は、できるだけ大きく離れた屈折率を有しなければならない。代替実施形態では、４０５ｎｍの所定の波長が可能である。また、所与の波長用のスタックを構成するためではなく、所与のスタック用の波長を選択することも考えられる。しかしながら、ほとんどの光源は固定の波長で発光するので、いくつかの各層の厚さを調整することがより容易である。本発明を使用すれば、液晶ディスプレイ用に光をコリメートしたり、少なくともそのようなディスプレイでの光のコリメーションを改善することができる。そのような液晶ディスプレイは、前面透明基板と裏面透明基板の間に挟まれた単色光を変調するための液晶セルを含んでいることがあり、裏面透明基板上に異なる誘電率の層のスタックが設けられる。該スタックは、基板に対してほぼ垂直に入射した所定の狭波長帯域内の光を透過し、他の角度、例えば約２５°以上で入射したそのような光を反射するように構成されている。この液晶ディスプレイは、前面透明基板にフォトルミネセント層が設けられるフォトルミネセント液晶ディスプレイ（ＰＬ−ＬＤＣ）が好ましい。この液晶ディスプレイは、液晶セルを挟んでいる２つの偏光子を有し、偏光子が透明基板の各々の外側に設けられているタイプのものであることがある。これらの偏光子は、直線偏光偏光子かまたは円偏光偏光子であり、いくつかのタイプの液晶セルの場合、その一方が使用される。スタックは、第１の偏光子上（すなわちその光源側）に配置されることが好ましい。この液晶ディスプレイは、狭帯域入力放射を生ずるように、裏面透明基板の後ろに配置された光源をさらに含んでいることが好ましい。光源によって放出された光の大部分は、複数の層によって透過されず、それらの層から正反射される。したがって、この反射光を減少させないために、上述のように、光源の後ろに拡散反射器を設けることが好ましい。拡散反射器によって反射された光の一部は、所望の角度通過帯域内に入り、複数の層を透過することになる。残りの光は、もう一度反射されて拡散反射器に戻り、さらに反射されてＬＣＤのほうへ戻ることになる。エッジ照明実施形態では、光源は透明基板側に設けられ、層のスタックに対して透明基板の反対側に散乱表面が設けられることがある。次に、本発明をよりよく理解するために、添付の図面を参照しながら、特定の実施形態について純粋に例として説明する。第１図は、理想的なエッジ帯域通過フィルタの概略的な透過係数を示す図である。第２図は、変化する入射角を有する帯域通過フィルタのシフトされた応答を示す図である。第３図は、波長領域の理想的な帯域通過フィルタを示す図である。第４図は、波長λ₀での第３図に示されるフィルタの入射角依存性を示す図である。第５図は、波長λ₁での第３図に示されるフィルタの入射角依存性を示す図である。第６図は、波長３８８ｎｍの光に対する、２つの入射角０°および３０°での実際のフィルタ応答を示す図である。第７図は、第６図のフィルタの入射角依存性を示す図である。第８図は、本発明による概略的な構成を示す図である。第９図は、（ＬＨ）¹³のスタックから構成された最適化されていないエッジフィルタの透過率を示す図である。第１０図は、最適化後のエッジフィルタを示す図である。第１１図は、本発明による液晶ディスプレイ装置の概略を示す図である。第１２図は、代替バックライト構成を示す図である。第１１図には、前面透明基板３と裏面透明基板５の間に含まれた液晶層１が示されている。液晶セルと透明基板の間には２つの偏光子７、９が設けられる。透明基板３、５上には、液晶セル１を制御するための電極が設けられる。この実施形態では、透明基板３、５はガラスから製造される。裏面透明基板５の裏面には、誘電体スタック１１が設けられる。ディスプレイの裏面の後ろには、拡散反射器１５が設けられており、拡散反射器１５と誘電体スタック１１の間には光源１３が設けられる。光源は、例えば、約３６５ｎｍまたは３８８ｎｍの紫外光を放出する、一組の蛍光体コーティングされた水銀蒸気放電管のことがある。透明基板３上には、液晶によって透過された紫外光が当たったときに可視像を生ずるＲＧＢ蛍光体１７が設けられる。誘電体スタック１１は、複数対の誘電体のスタックを含んでいる。多数の実施形態で選択される誘電体は、３８８ｎｍの波長λでそれぞれｎ＝２．３およびｎ＝１．４７の屈折率を有するＴａ₂Ｏ₅およびＳｉＯ₂である。第１の実施形態では、より低い誘電率を有する層の厚さは、λ／４によって与えられ、ここでは９７ｎｍであり、より高い誘電率を有する層は、λ／２．９５５の厚さを有し、ここでは１３１ｎｍ（３６５ｎｍの光に対してそれぞれ９１ｎｍまたは１２４ｎｍ）である。より高度な実施形態では、各層の厚さは独立して選択され、２５対の層が、誘電体スタック１１を構成する。すなわち、５０個の層が設けられ、２５個のそれぞれＴａ₂ Ｏ₅およびＳｉＯ₂の層が、交互に構成される。厚みが、本記載の終わりの表に与えられている。代替実施形態では、複数対の二酸化チタンおよび二フッ化マグネシウムを使用する。第６図に、波長に応じた第１１図の実施形態で使用される誘電体スタックの透過率Ｔを示す。この図から分かるように、誘電体スタックの最大反射は、４００ｎｍと４８０ｎｍの間の波長で起こり、最大透過は約３８５ｎｍ以下で起こる。適切な光源は、幅約２０ｎｍの波長帯域内で３６５ｎｍの波長の近傍の光を放出する蛍光体を有する低圧水銀放電ランプである。最近では、３８８ｎｍの近傍で発光する蛍光体が使用されており、有利なことに狭い１３〜１４ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅を有する。例えば、ＬＯｚａｗａおよびＨＮＨｅｒｓｃｈ、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ、Ｖｏｌ１２２Ｎｏ９、ｐ．１２２２（１９７５）を参照されたい。３８８ｎｍの入射角に応じたスタックの透過率を第７図に示す。この図から分かるように、垂直入射から２０°離れた光の透過率は、垂直入射光よりもはるかに小さく、垂直入射から３０°で入射した光は、ほとんど透過されない。そのようなコリメーションが十分かどうかは、ディスプレイのピクセルサイズおよび正確な構造と、液晶の光電気的特性によって異なる。いずれにしても、コリメーションは改善される。そのようなコリメーションは、正しい色を有する蛍光体には光が当たり、一般に異なる色を有する隣接する蛍光体には当たらないことが重要である、カラーＰＬ−ＬＣＤディスプレイの場合に特に重要である。使用に際して、光源１３は（第１１図に矢印で示される）光を放出する。この光源は、概略的に点として示してあるが、実際には１つまたは複数の管である。光の一部は、正しい方向に放出され、誘電体スタック上に垂直入射し、それを透過する。残りの光は、反射されて拡散反射器１５に戻る。この反射器は、光を様々な角度で誘電体スタックに戻す。もう一度光の一部は、誘電体スタックを通過し、光の大部分は反射され、このプロセスを繰り返す。誘電体スタックは、入射光の一部分のみを透過する。したがって、拡散反射器は、放出された光を減少しすぎないように良好な反射率を有することが非常に重要である。ほぼ垂直入射角で誘電体スタック上に入射した光は、透過されて液晶セル１に至る。液晶セル１は、偏光子３、５とともに光を変調する。フォトルミネセントスクリーンの蛍光体１７は、偏光子３、５および液晶セルを透過した光によって励起されて像を形成するよう、可視光を放出する。光が偏光子３、５およびセル１を透過しない領域内では、蛍光体１７は暗いままである。この実施形態の誘電体スタックは、蛍光体および紫外光（すなわち約４００ｎｍ未満の波長の光）を使用した液晶ディスプレイと組み合わせた場合に他の利点を有する。この誘電体スタックは、第６図から分かるように、少なくとも垂直入射の場合、４００ｎｍと４８０ｎｍの間の波長で、水銀ランプの可視線をろ波して取り除く。４８０ｎｍより上の透過率のピークは３０°曲線に属する。本発明のコリメータは、必要ならば他のコリメート構成要素と組み合わすことができる。さらに、誘電体スタックを液晶ディスプレイシステムの他の構成要素上に取り付け、液晶セルを囲っている透明基板上には直接取り付けないようにすることが可能である。実際、コリメータは、単色性の高い光の大まかなコリメーションが必要な場合はいつでも有用であり、必ずしもディスプレイにのみ有用であるとは限らない。第１２図に代替バックライト構成を示す。光源１３、例えば図示のように適切な反射器を有する蛍光体コーティングされた低圧水銀蒸気放電管が、平坦な透明基板１９の縁部のまわりに設けられる。透明基板の裏面には拡散反射器１５が設けられ、前面には誘電体スタック１１が設けられる。この構成は、第１１図の構成と同様に動作するが、光源は拡散反射器とスタックの間にはない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月１０日（１９９９．５．１０）【補正内容】液晶ディスプレイでは様々な理由でコリメータが望ましい。理由の１つは、拡散光源を使用した場合に、単一のセルを通過するコリメートされていない光が拡散し、フォトルミネセントスクリーンのかなりの領域を覆い、クロストークが生じるためである。これは、スクリーンの解像度を損なうことになり、またフォトルミネセントスクリーンを使用したＬＣＤの場合に特に著しく、カラーディスプレイでは、間違った色の蛍光体が照明されることがある。標準のタイプの液晶セルでは、バックライトのコリメーションを大きくすると、ディスプレイはコリメーション方向でより明るくなるが、ディスプレイの視角が小さくなるという不利な影響がある。したがって、例えば拡散プレートを使用して、ディスプレイからの光を再び拡散させなければならない。しかしながら、フォトルミネセントＬＣＤ（ＰＬＬＣＤ）では、ＷＯ９５／２７９２０で説明されているように、フロントスクリーン上の蛍光体がかなり有利に拡散機能を果たす。しかしながら、従来技術のコリメータは大きく、レンズアレイを正確に製造するために高価な製造技法を必要とする。また、光構成要素用の反射防止コーティングが知られている。これらは、表面が次の関係式を満足する屈折率ｎ₂の薄膜で覆われている場合に、屈折率ｎ₁の透明な表面に対して垂直に入射した光がすべて透過されるという原理に基づいて動作する。ｎ₀×ｎ₁＝ｎ₂ ²およびｎ₂×ｄ＝λ／４上式で、ｎ₀は空気の屈折率、ｄはセル厚さ、λは使用する光の波長である。他の入射角（および他の波長）では、光の一部が反射される。反射防止コーティングは、垂直入射での特定の波長の光に対してのみ最適に動作する。しかしながら、異なる屈折率および厚さの複数の誘電体層を使用すれば、垂直入射でのスペクトル通過帯域を改善することができる。本発明は、薄い誘電体コーティングをディスプレイで新規に使用することができるという認識に基づいている。誘電体コーティングに基づくコリメータ状装置も知られている。例えば、ＪＰ０７−４３５２８（ＦｕｊｉＰｈｏｔｏＦｉｌｍ社）には、指定された角度および波長以外の角度で入射した光から、感光性材料を保護するように設計されたフィルタ装置が開示されており、またＪＰ５９−６７５０３（ＭａｔｓｕｓｈｉｔａＥｌｅｃｔｒｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ社）には、くさび形干渉フィルタを使用して、フィルタの平面に対して直角な光のみを通過させ、フィルタの要素のスペクトル分散の結果として通過した光をさらに分光的に狭める分光分散要素が開示されている。ＵＳ５５７２５００（Ｐｉｏｎｅｅｒ）では、干渉フィルタを使用して、レーザ記録システム中でより小さいビームスポットをつくり出すために回折性のローブをなくしている。本発明の第１の態様によれば、垂直入射を中心とする所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタを含んでいる、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータであって、干渉フィルタが、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する低域通過フィルタの形をしているコリメータが提供される。代替態様では、コリメータは、垂直入射を中心とする範囲を除いた所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、垂直入射の近傍の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタを含んでおり、干渉フィルタは、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する高域通過フィルタの形をしている。本発明はまた、所定の範囲の入射角にわたって入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタを含んでいる、所定の波長の近傍の帯域内の光用のコリメータを使用したディスプレイなどの、光源および変調装置を目的とする。コリメータを拡散光源と組み合わせて使用すれば、光変調装置、特にＬＣＤ用の光入力を得ることができる。薄膜はほとんどスペースをとらず、またＬＣＤ用のガラスプレートなど既存の構成要素上の層として組み込むことが可能なので、干渉フィルタが特に有利である。請求の範囲１．垂直入射を中心とする所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでいる、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータであって、干渉フィルタが、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する低域通過フィルタの形をしているコリメータ。２．垂直入射を中心とする範囲を除いた所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、垂直入射の近傍の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでいる、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータであって、干渉フィルタが、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する高域通過フィルタの形をしているコリメータ。３．フィルタの通過帯域が、ほぼ平坦になるように最適化された請求の範囲第１項または第２項に記載のコリメータ。４．フィルタの応答が、所定の波長に等しいかまたはそれよりも短い波長でありカットオフの短波長側で、透過率の第１のピークを有する請求の範囲第１項に記載のコリメータ。５．所定の波長が可視領域内に入る請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載のコリメータ。６．所定の波長が紫外領域内に入る請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載のコリメータ。７．請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のコリメータと、所定の波長の近傍の狭帯域内の光をつくり出すように構成された拡散照明装置とを含んでいる方向性光源。８．垂直入射を中心とする所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでいる、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータと、コリメータを通過するように、所定の波長の近傍の狭帯域内の光をつくり出すように構成された拡散照明装置とを含んでいる方向性光源。９．光のスループットを改善するために、コリメータによってはねかえされた光をコリメータに戻すための手段をさらに有する請求の範囲第７項または第８項に記載の光源。１０．光を戻す手段が、高反射拡散表面を含んでいる請求の範囲第９項に記載の光源。１１．所定の波長の近傍の狭帯域内の光用の光変調装置（１〜９）と、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータとを含んでいる光変調器であって、前記コリメータが、垂直入射を中心とする所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでおり、所定の範囲の角度が、光変調器の性能を改善するようなものである光変調器。１２．所定の波長の近傍の狭帯域内の光用の光変調装置（１〜９）と、請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のコリメータとを含んでいる光変調器。１３．変調装置が液晶装置である請求の範囲第１１項または第１２項に記載の光変調器。１４．請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のコリメータ（１１）、または請求の範囲第７項から第１０項のいずれか一項に記載の光源と、光を変調するための液晶変調器（１）とを含んでいる液晶ディスプレイ。１５．請求の範囲第１１項から第１３項のいずれか一項に記載の光変調器を含んでいるディスプレイ装置。１６．変調された光を受け取り、表示するためのフォトルミネセント層（１７）をさらに含んでいる請求の範囲第１４項または第１５項に記載の液晶ディスプレイ。１７．干渉フィルタ（１１）が、液晶変調器の１つの面（５）上に直接形成され、フォトルミネセント層が、反対側の面（３）上に形成される請求の範囲第１６項に記載の液晶ディスプレイ。１８．所定の波長の近傍の狭帯域内で発光する広げられた拡散光源からの光をコリメートする方法であって、垂直入射を中心とする所定の範囲の入射角で入射した前記帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでいるコリメータ上に前記光が入射し、その中を透過する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ベイリー，ポール・アンドリユウイギリス国、ヒヤーフオード・エイチ・アール・４・０・エル・ジエイ、ブルーミイ・ヒル・65 (72)発明者コーカー，テイモシー・マーテインイギリス国、オンドル・ピー・イー・８・４・デイ・ゼツト、サウス・ロード、ブリユーリイ・コート・４ (72)発明者クロスランド，ウイリアム・オールデンイギリス国、エセツクス・シー・エム・ 20・２・キュウ・デイ、ハーロウ、スクール・レイン・５

Claims

【特許請求の範囲】１．所定の範囲の入射角で入射した帯域内の光を、他の角度で入射した帯域内の光よりも効率的に透過させるように構成された光学的厚さを有する誘電体層のスタックを有する干渉フィルタ（１１）を含んでいる、所定の波長の近傍の狭帯域内の光用のコリメータ。２．所定の範囲の入射角が、垂直入射を中心とする請求の範囲第１項に記載のコリメータ。３．干渉フィルタが、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する低域通過領域を含んでいる請求の範囲第１項または第２項に記載のコリメータ。４．フィルタの応答が、所定の波長に等しいかまたはそれよりも短い波長であってカットオフの短波長側で、透過率の第１のピークを有する請求の範囲第３項に記載のコリメータ。５．第１のピーク波長が、所定の波長にほぼ等しいかまたはそれよりもわずかに短い請求の範囲第４項に記載のコリメータ。６．干渉フィルタが、所定の波長よりも長いカットオフ波長を有する高域通過領域を含んでいる請求の範囲第１項または第２項に記載のコリメータ。７．所定の波長が可視領域内に入る請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のコリメータ。８．所定の波長が紫外領域内に入る請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のコリメータ。９．請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に記載のコリメータと、所定の波長の近傍の狭帯域内の光をつくり出すように構成された拡散照明装置とを含んでいる方向性光源。１０．光のスループットを改善するために、コリメータによってはねかえされた光をコリメータへ戻すための手段をさらに有する請求の範囲第９項に記載の光源。１１．請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に記載のコリメータ（１１）、または請求の範囲第９項または第１０に記載の光源と、光を変調するための液晶変調器（１）とを含んでいる液晶ディスプレイ。１２．変調された光を受け取り、表示するためのフォトルミネセント層（１７）をさらに含んでいる請求の範囲第１１項に記載の液晶ディスプレイ。１３．干渉フィルタが、液晶変調器の１つの面上に直接形成され、フォトルミネセント層が反対側の面上に形成される請求の範囲第１２項に記載の液晶ディスプレイ。