(57)【要約】      （修正有）【課題】複合分光素子を提供する。【解決手段】複合分光素子を提供する。前記複合分光素子は、少なくとも２つの波長帯の光が混合された光線を受信する。前記複合分光素子は、屈折/回折ユニット、屈折ユニットを含む。前記屈折/回折ユニットは、光線を受信し、前記光線を集めて収縮光線とし、波長帯の光を得るために収縮光線を偏光方向で分離するよう調整される。前記屈折ユニットは、特定の方向から射出するよう前記波長帯の前記分離された光を偏光するよう調整される。前記複合分光素子は、例えば、画像装置に用いることができ、前記波長帯の前記分離された光は、画素カラーの原色光として用いることができる。【選択図】図１
2010009016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の表面と前記第1の表面に対向する第2の表面を含み、そのうち前記第1の表面に受信した光線を集めて収縮光線とする複数のマイクロレンズと、前記第2の表面に収縮光線を偏光方向で分離する周期的な格子構造を備えた屈折/回折ユニットと、  異なる波長帯の分離された光を偏光して特定の方向から射出するための屈折構造を備えた屈折ユニットとを備えた、複数の波長帯の光が混合された光線を受信することを特徴とする複合分光素子。
【請求項２】
前記光線が赤、緑、青の波長帯の光を含む請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項３】
前記屈折ユニットの屈折構造が一次元または二次元の屈折構造である請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項４】
前記屈折ユニットの前記屈折構造が0.1〜10λの範囲の周期を有する格子構造である請求項3に記載の複合分光素子。
【請求項５】
前記屈折ユニットの前記屈折構造が5〜2000λの範囲の周期を有するプリズム構造である請求項3に記載の複合分光素子。
【請求項６】
前記屈折構造がさらに、各前記波長帯光に対応する各領域に屈折サブ構造を含む請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項７】
前記屈折/回折ユニットが偏光材料で作られる請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項８】
前記屈折ユニットが偏光材料で作られる請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項９】
前記屈折/回折ユニットの前に配置された偏光層を更に含み、前記光線が前記屈折/回折ユニットに入る前に前記偏光層に入る請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項１０】
前記屈折/回折ユニットと前記屈折ユニットの間に配置された偏光層を更に含み、前記波長帯の前記分離された光が前記屈折ユニットに入る前に前記偏光層に入る請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項１１】
前記屈折/回折ユニットの前記周期的な格子構造の周期と構造が前記屈折ユニットの前記屈折構造と異なる、或いは前記屈折/回折ユニットの前記周期的な格子構造の周期と構造の少なくとも一つが、前記屈折ユニットの前記屈折構造と相同である請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項１２】
前記屈折/回折ユニットの前記マイクロレンズが、同じ形状を有するマイクロ回折レンズであり、前記マイクロ回折レンズは集光マイクロ回折レンズである請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項１３】
前記屈折/回折ユニットの前記マイクロレンズが、正の曲率と5から2000λの範囲の周期を有する周期的に配置された凸レンズである請求項１に記載の複合分光素子。
【請求項１４】
前記屈折/回折ユニットの前記マイクロレンズが、一次元の円柱レンズまたは二次元のレンズである請求項13に記載の複合分光素子。
【請求項１５】
前記屈折/回折ユニットの周期的な格子構造は、ポリゴン構造またはくさび構造である請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項１６】
前記屈折/回折ユニットの周期的な格子構造は、0.1〜10λの範囲の周期を有する一次元の格子構造または二次元の格子構造である請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項１７】
前記屈折ユニットの前記屈折構造は、波長帯の前記分離された光が前記屈折ユニットに入る前記屈折ユニットの入射端、または波長帯の前記分離された光が前記屈折ユニットから射出される前記屈折ユニットの射出端に形成される請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項１８】
前記波長帯の前記分離された光が射出される方向は、前記光線の入射方向に対して、角度範囲が0°から60°の角度を形成する請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項１９】
前記屈折/回折ユニットの前記第2の表面から前記屈折ユニットまでの距離は0.1mmから30mmの範囲である請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項２０】
前記複合分光素子へ入射される前記光線は、偏光光線又は非偏光光線である請求項1に記載の複合分光素子。
【請求項２１】
前記屈折/回折ユニットと前記屈折ユニットの間が空気又は透明な材料層である請求項1に記載の複合分光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複合分光素子とそれに適用する画像装置技術に関し、特に、複数の波長帯の分光に適した複合分光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光素子の重要な機能の一つは、白色光を分光して即ち赤（R）、緑（G）、青（B）の３色光、またはその他の複数のカラーライトを得る。分光素子のメカニズムと構造は、使用される装置により異なるかもしれない。従来では、R、G、Bのカラーライトは、異なる色のカラーフィルター（CF）により達成することができる。  
【０００３】
平面表示装置では、バックライト光源は、フルカラーイメージを達成するために液晶空間光変調装置（spatial light modulator）とカラーフィルターを具える。さらに、デジタルカメラ（DC）のイメージセンサも原物の本当の色を実現するため、色変量演算と併せるカラーフィルターが求められる。その上、例えばカラービデオレコーダやリアプロジェクションテレビなどの他より大きなシステムでは、視準光源と合わせて、三重プレートプリズムセット、二重プレートプリズムセット、カラーフィルターを採用して、フルカラーイメージを表示する。システムにカラーフィルターを採用するとき、各カラーフィルターに描かれた画素は、R、G、Bの三原色のうちの１つだけしか表せないので、約三分の二の入射白色光エネルギーは吸収され、バッテリーの寿命だけでなく、光学効率も低下させる。さらにカラーフィルターは、非常に複雑な製造処理で装備され、各原色それぞれにおいて少なくとも１つ以上の半導体フォトリソグラフィー処理が要求され、コストが非常に高くなる。  
【０００４】
また、特許文献1及び特許文献2では、白色光の分光を行うために、特定の角度を有するマイクロプリズム配列、または可変的構造のマイクロ格子配列を分光素子として用いることを提案している。分光された白色光は、空間中でフラウンホーファー回析され、白色光はR、G、Bの三原色光に分解される。しかし、そのような分光素子は、繁雑な製作過程と複雑な構造を有するため、満足する歩留まりと低コストを達成し難い。さらに分解されたR、G、Bの三原色光は、回折角に沿って発散し、ディスプレイパネルに進入した後更に発散するようになり、寄生光やゴーストイメージを引き起こす。そのような分光素子は、ディスプレイパネルの実用的な応用として好ましくない。さらに上記従来設計では、口径比と偏光効率を改善することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許 No.6,867,828  "Light Guide Apparatus, A Backlight Apparatus and a Liquid Crystal Display Apparatus",
【特許文献２】米国特許No. 7,164,454, "Color Filterless Display Device, Optical Element, and Manufacture"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのような光学素子は、カラーフィルターに取って代わり、高い光学効率を維持しながら液晶層に垂直に入射し、かつ表示パネル画素に対応する三原色光を生成することを目的として継続して開発されている。
【発明の目的】
【０００７】
従って、本発明は、複合分光素子を提供する。複合分光素子は、色光の波長の違いに応じて、入射光光線を原色光に分離し、原色光を画像装置に提供するよう調整される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも２つの波長帯の光が混合された光線を受信する複合分光素子を提供する。複合分光素子は、屈折/回折ユニットと屈折ユニットを備える。屈折/回折ユニットは、第1の表面と前記第1の表面に対向する第2の表面を含み、そのうち前記第1の表面に受信した光線を集めて収縮光線とする複数のマイクロレンズと、前記第2の表面に収縮光線を偏光方向で分離する周期的な格子構造を備える。さらに、収縮光線は、偏向方向で異なる波長帯に分離することができる。また、屈折ユニットは異なる波長帯の分離された光を偏光して特定の方向から射出する屈折構造をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面は、本願を更に理解するために提供するものであり、本明細書の一部を形成する。図面は、本発明の実施の形態を例示し、描写とともに本発明の原則を説明する補助とする。  
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に従って、複合分光素子を使用するフラットな画像表示装置を例示する構造横断面図である。
【００１１】
【図２】冷陰極蛍光燈（CCFL）のスペクトル図である。
【００１２】
【図３】本発明の実施の形態による格子構造とメカニズムを例示している回路図である。
【００１３】
【図４ａ】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【図４ｂ】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【００１４】
【図５ａ】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【図５ｂ】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【００１５】
【図６】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【００１６】
【図７】本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、可能な限り、図面又は明細で用いられる同じ符号は、同じ又は類似の部材を示す。  
【００１８】
本発明は、少なくとも２つの波長帯の光が混合された光線を受信する複合分光素子を提供する。複合分光素子は、屈折/回折ユニットと屈折ユニットを備える。屈折/回折ユニットは、第1の表面と第1の表面に対向する第2の表面を備える。屈折/回折ユニットは、第1の表面上の受信光線を収縮光線となるように集める複数のマイクロレンズで形成される。屈折/回折ユニットはさらに、第2の表面上に周期的な格子構造を形成し、収縮光線を異なる波長帯の光に回折方向でそれぞれ分離する。周期的な格子構造は、たとえば、複数のポリゴンマイクロレンズによって形成されるポリゴン構造である。しかし、本発明は、周期的な格子構造をポリゴン構造に限るものではない。本発明の精神にのっとり類似する機能を示すその他の類似の設計も用いることができる。周期的な格子構造は、その上に入射された収縮光線を異なる波長帯の光線に分離する。光線は、その波長によって、空間的に切り離される。さらに屈折ユニットは、異なる波長帯の光を偏向して特定の方向から射出する屈折構造を含む。屈折構造は、例えば格子構造、プリズム構造またはポリゴン構造でもよい。本発明に基づく複合分光素子は、例えば画像装置に使うこともできる。分離された異なる波長帯の光は、画素カラーの原色光としても用いることができる。  
【００１９】
本発明に基づく複合分光素子の屈折ユニットに関して、その屈折構造はスネルの法則（Snell's law）または回折原則を満たすよう設計され、従って、光線から切り離された異なる波長帯の光は、光線の入射方向とほぼ平行の方向に射出することができる。屈折ユニットの屈折構造は、例えば、複数のポリゴンマイクロレンズによって形成されるポリゴン構造である。しかし、本発明は、屈折構造をポリゴン構造に限るものではない。類似する機能を示すその他の類似の設計も本発明に則り用いることができる。  
【００２０】
複合分光素子は、様々な応用に基づいて偏光板と併せて使用することができ、例えば、ディスプレイパネル、イメージセンサやカラービデオレコーダのためのカラーフィルターに応用する、又は低い利用効率を改善する或いは複雑な原システムを簡単化するために光線の色形成要素やエネルギーをコントロールするための照射系に適用することができる。  
【００２１】
以下で説明する実施の形態は、本発明の範囲を制限するものではない。ここで提供される実施の形態は、需要に応じて相互に組合せる又は他のものに変更することができる。  
【００２２】
入射光線の例として白色光線に関して述べると、本発明の実施の形態では、システムと光源に従って入射白色光線を複数の原色光に分けることができる。例えば、入射白色光線は、例えばR、G、B色光といった三原色光に分けられる。注意すべきことは、その他の原色光は実際に必要とする波長帯に従って適用される可能性がある。実施の形態に基づくと、各色光は、入射光線の入射方向とほぼ平行の方向に沿って射出される。本発明の別の観点に基づくと、各色光が、角度が0°から60°にわたる、入射光線の入射方向と特定の角度を形成する方向に沿って射出されるよう設計されても良い。システムであるディスプレイパネルやカラービデオレコーダに応用されるとき、それぞれの色光は画素位置に対応する。  
【００２３】
図1は、本発明の実施の形態に従って、複合分光素子を使用するフラットな画像表示装置を例示する構造横断面図である。図1を参照すると、フラットな画像表示装置は、例としてフラットな光源を生産するバックライトモジュール100を採用する。バックライトモジュール100で生産されるフラットな光源は、例えば白色光である。そのような白色光は、しばしばR、G、B発光ダイオード（LED）によって、または冷陰極蛍光燈（CCFL）によって発される三原色波長帯の光を含む光線によって生成される。図2はCCFLのスペクトル図であり、その波長範囲は、すなわち、R（611nm）、G（544nm）、B（436nm））といった主な原色光を含む。ただし、R、G、Bは、典型的な三原色光の１種であるだけであり、その他の原色光も本発明に基づいて適用することができることに注意しなければならない。  
【００２４】
図1を参照すると、ディスプレイパネル106が示されている。ディスプレイパネル106は例えば液晶ディスプレイパネルである。ディスプレイパネル106は、画像をキャプチャーする画像パネルでも良い。言い換えると、ディスプレイパネル106は、画素で形成される画像ユニットでも良い。ディスプレイパネルの画素とつりあいをとるために、フラットな光源から射出される光線を屈折/回折ユニット102を介して、所定の開口に基づき、光線の直径を狭くするように、少なくとも一つの収縮光線を形成する。各少なくとも一つの収縮光線は、R、G、Bサブピクセルの波長帯の光グループに対応して分けられる。  
【００２５】
屈折/回折ユニット102は、対向位置に形成されている第1の表面と第2の表面を備える。屈折/回折ユニット102は、第1の表面上に複数のマイクロレンズ102aが形成されている。屈折/回折ユニット102は、さらに第2の表面上に周期的な格子構造102bが形成されている。各マイクロレンズ102aは、フラットな光源の特定範囲の光線101を受信し、光線101を集めて収縮光線とする。光線101は、屈折/回折ユニット102の第1の表面のマイクロレンズ102aにより集められる。得られた収縮光線は、周期的な格子構造102bに送られる。収縮光線は、それから周期的な格子構造102bにより処理され、その波長によって、三つの異なる波長帯、即ちR、G、B光103に分けられ
る。R、G、B光103は、屈折ユニット104により偏光され、それによりR、G、B光103は屈折され、光線101の入射方向とほぼ平行の方向に射出される。屈折され、屈折ユニット104から射出された後、R、G、B光103は、複数の波長帯の光（それぞれ波長帯光と呼ばれる）105となり、ディスプレイパネル106の液晶層に入る。液晶層の液晶分子は、各波長帯光105の強さをコントロールする。そのような方法では、各画素位置は、それぞれ色ライト108を備えている。  
【００２６】
図3は、本発明の実施の形態による格子構造とメカニズムを例示している回路図である。図3を参照すると、屈折/回折ユニット102の第2の表面300に設定される周期的な格子構造302は、周期的なくさび三角形の構造である。入射光304は、R、G、B三原色光を含む。周期的な格子構造302は、周期pと構造高さdを特徴とし、それによりくさび三角形の構造のくさびの角度を定める。この実施の形態では、R、G、B三原色光の波長は、それぞれλr、 λg、λbで表される。格子方程式によると、第mの回折次数に関して、回折角は：
【数１】
2010009016.tif 000003
であり、そのうちθr、 θg、 θb、は、実際の需要に基づき修正されることができるくさびの角度と材料の屈折率に関連する。回折に関しては、各指数の回折光は、入射光と所定の角度を定める。さらに、入射光の波長差は、例えば赤光306、緑光308、青光310を生成するといった、良好な区別をもたらす。  
【００２７】
屈折ユニット104の屈折構造は、格子メカニズムまたは幾何光学の屈折の法則に従って入射光を偏向させるのに適している。例えば格子メカニズムを例にとると、図4a、4bに示すように、入射光は、屈折/回折ユニット102の第1の表面のマイクロレンズ102aによって集められ、収縮光線を形成する。それから収縮光線は、屈折/回析ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bに送られる。格子メカニズムで処理されて、収縮光線は、3つの波長帯（R、G、B）光103に分けられる。屈折ユニット104は、屈折構造104aで形成される。屈折構造104aは、たとえば、ポリゴン格子構造である。ポリゴン格子構造は、屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bの周期と相同の周期を有する。ポリゴン格子構造は、屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bと対向して形成される。図4aに示すように、屈折構造104aは、波長帯光103が屈折ユニット104に進入する屈折ユニット104の入射端に形成されてもよい。また、そうでなければ図4bに示すように、屈折構造104aは、波長帯光103が屈折ユニット104から射出される屈折ユニットの射出端に形成されてもよい。異なる色の波長帯光103が屈折ユニット104の屈折構造104aに進入するとき、光のリバーシブル原則に基づき、理想としては、波長光103が入射光の入射方向と平行の方向に沿って伝送されるよう偏光される。言い換えると、3つの波長帯光103は、互いに間隔をあけて平行であり、ディスプレイパネル106の対応する画素と垂直になる。しかしながら、実用的な応用としては、いくつかのエラーが許容できる寛容範囲において発生するかもしれない。DCまたはカラービデオレコーダのためにカラー電荷結合デバイス（CCD）に応用されるとき、原則は同様にあてはまる。唯一の差異は、光源が外部の物体からもたらされることであり、その他の構造は類似である。屈折ユニット104の屈折構造104aから屈折/回折ユニット102の周期的な格子構造102bの相対的な距離は、所定の解像度（即ち、LCDパネルのR、G、Bサブピクセルのスペース間隔）により決定される。屈折構造104aと周期的な格子構造102bは、同じ周期、異なる構造で設計することができる。それらは、くさび三角形の構造のようなポリゴン格子構造で設計されることができる。さらに、組立の利便性を考慮するとき、屈折構造104aと周期的な格子構造102bは、空気または透明な材料層を備えていることができる。言い換えると、空気または透明な材料層は、屈折ユニット104と屈折/回折ユニット102の間に提供されることができる。  
【００２８】
屈折ユニット104の屈折構造104aは、幾何光学の屈折の法則によって、入射光を偏向させることもできる。図5a及び5bに示すとおり、入射光は、屈折/回折ユニット102の第1の表面のマイクロレンズ102aにより集められ、収縮光線を形成する。そして、収縮光線は、屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bに転送される。格子メカニズムで処理され、収縮光線は、3つの波長帯（R、G、B）光103に分離される。屈折ユニット104は、屈折構造104bで形成される。屈折構造104bは、たとえば、ポリゴン格子構造である。屈折構造104bの傾斜率は、屈折ユニット104の屈折率及び所定の偏角により設計されることができる。図5aで示すように、屈折構造104bは、波長帯光103が屈折ユニット104に進入する屈折ユニット104の入射端に形成されることができる。またさもなければ、図5bで示すように、屈折構造104bは、波長帯光103が屈折ユニット104から射出される屈折ユニット104の射出端に形成されることができる。最後に、偏向された後、波長帯光103は、入射光の方向と平行の方向に沿って、送られる。言い換えると、3つの波長帯光103は、互いに間隔をあけて平行であり、ディスプレイパネル106の対応する画素に垂直を維持する。DCまたはカラービデオレコーダのためにカラー電荷結合デバイス（CCD）に応用されるとき、原則は同様にあてはまる。唯一の差異は、光源が外部の物体からもたらされることであり、その他の構造は類似である。屈折ユニット104の屈折構造104bから屈折/回折ユニット102の周期的な格子構造102bの相対的な距離は、所定の解像度（即ち、LCDパネルのR、G、Bサブピクセルのスペース間隔）により決定される。  
【００２９】
実際の設計としては、ディスプレイパネル106の各波長帯光103のサイズは、ディスプレイパネル106のサブピクセルのサイズより僅かに小さくなる。例えば、採用されたディスプレイパネルの画素サイズが219 × 219 μm2であるとき、屈折/回折ユニット102の第1の表面のマイクロレンズ102aにより集められた収縮光線のサイズは、分光された後、得られるサイズが、219 × 49.5 μm2より小さなディスプレイパネル106に対応するものでなければならない。当然、サイズは、異なる需要に基づいて設計されることができる。さらに、屈折/回折ユニット102は、透明材料でできている。第1の表面のマイクロレンズ102aの曲率は、以下の手法によって決定される。1、屈折/回折ユニット102、屈折ユニット104、ディスプレイパネル106及びそれら部材の間の材料の光学屈折指数；2、屈折/回折ユニット102、屈折ユニット104、ディスプレイパネル106及びそれら部材の間の材料の厚さ；3、例えばディスプレイパネル106のR、GとBのような、サブピクセル同士の大きさと間隔。  
【００３０】
図6は、本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。屈折ユニット104の屈折構造が格子構造であるとき、屈折構造は、各波長帯光に対応するサブ格子構造を更に含む。図6を参照すると、屈折ユニット104の屈折構造104cは、入射光の特定の偏光方向又は特定の構成要素に対応するスペクトル分光の射出効率を更に改善するために構造的に最適化される。例えば、屈折構造104cは、それぞれR、G、B光の領域に対応するサブ格子構造604、606と608を含む。そして、サブ格子構造604、606、608は、分光効率を高め、部分的に光の射出角を調整するため、その入射角に基づいて、それぞれ、定期的に部分的に修正される。言い換えると、屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bは、分光効率を維持し、屈折ユニット104の屈折構造104cに屈折サブ構造を含ませる。  
【００３１】
光効率を高めるメカニズムは以下の通りである：屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bを通過するとき、入射光は、スペクトル分けされ、スペクトル分けされた光は、異なる回折角を有するため、異なる波長帯光は、屈折ユニット104の屈折構造104cの異なる領域に進入する。そのようにして、異なる領域は、そこに入射された光の波長に対応して、構造的に最適化されることができる。以下の実施の形態に基づくと、光の射出効率は、5％改善されると考えられる。  
【００３２】
例として、入射光の3つの波長を436nm、544nm、611nmと仮定する。入射光は、本発明の実施の形態に基づく、複合分光素子に入射される。屈折/回折ユニットの第2の表面の周期的な格子構造と屈折ユニットの屈折構造は、どちらもブレーズド格子である。２つの構造の周期はみなP＝4μmである。2つの構造の深度は、みなd＝1.11μmである。そして、3つの波長帯光の-1指数方向の回折効率と回折角度は、それぞれ71% (6.257°)、84.64% (7.816°)、 80.60% (8.786°)である。平均効率は、79％である。ディスプレイパネルのRGBサブピクセルの平均スペース間隔が73μmであるとき、屈折/回折ユニットの第2の表面の周期的な格子構造から屈折ユニットの屈折構造までの構造的距離は、2.645から4.222μmの範囲内になければならない。異なる領域が、そこに入射された光の波長に対応して構造的に最適化されるとき、3つの波長帯光の-1指数方向の屈折効率は、それぞれ86.95%、84.64%、83%まで改善される。平均効率は、85％である。従って、全効率は、5％改善される。  
【００３３】
図7は、本発明の実施の形態による複合分光素子の横断面図である。本発明の実施の形態に基づくと、屈折ユニット104は、屈折構造104dで形成される。屈折構造104dは、各波長帯光に対応する各領域に屈折サブ構造を更に含むポリゴン構造である。図7で示すように、屈折構造104dは、入射光の特定の偏光方向又は特定の構成要素に対応するスペクトル分光の射出効率を更に改善するために構造的に最適化される。たとえば、屈折構造104dは、それぞれ、R、G、Bライトの領域に対応する幾何学的な屈折サブ構造704、706と708を含む。そして、幾何学的な屈折サブ構造704、706、708は、それぞれ、光屈折率を改善し、部分的に光の射出角を調整するため、その入射角に基づいてローカルスロープについて部分的に修正する。言い換えると、屈折/回折ユニット102の第2の表面の周期的な格子構造102bは、分光効率を維持し、屈折ユニット104の屈折構造104dに屈折サブ構造を含ませる。  
【００３４】
本発明を実現する処理技術に関して、本発明の素子で使用されるミクロ構造は、例えば、極めて精度な機械加工技術によって製作されることができ、単結晶ダイヤモンド切削工具を金型の機械加工に用い、射出成形によりマイクロ光学素子が生成される。  
【００３５】
まとめると、本発明は、複合分光素子を提供する。複合分光素子は、屈折/回折ユニットと屈折ユニットを含む。屈折/回折ユニットは、第1の表面と第1の表面に対向する第2の表面を備える。屈折/回折ユニットは、受信した光線を集めて収縮光線を得るために、屈折/回折ユニットの第1の表面に複数のマイクロレンズが形成される。屈折/回折ユニットは、複数の波長帯光を得るために収縮光線を偏向方向で分離するために、屈折/回折ユニットの第2の表面に周期的な格子構造が更に形成される。さらに、屈折ユニットは、分離された波長帯光を特定の方向に沿って射出するよう偏向するための屈折構造を含む。言い換えると最終的に射出された波長帯光は、異なる位置から射出され、その射出方向は、入射光の入射方向とほぼ平行に保たれる。または、異なる屈折構造を使用することにより、各波長帯光が、例えば角度が0°から60°にわたる、入射光線の入射方向と一つの角度をなす方向に沿って射出するように設計される。  
【００３６】
複合分光素子は、例えば、ディスプレイパネル、カラービデオレコーダ、DCのような光学器械システムに応用することができる。  
【００３７】
さらに、屈折/回折ユニットの各マイクロレンズは、正の曲率を有する凸レンズであってもよい。マイクロレンズの周期的構造は、一次元の円柱レンズまたは二次元のレンズでもよい。マイクロレンズの周期は、5から2000λの範囲である。  
【００３８】
さらに、屈折/回析ユニットの周期的な格子構造は、たとえば、ポリゴン構造またはくさび構造でもよい。周期的な格子構造は、一次元または二次元のブレーズド格子、多段格子またはサブ波長格子でもよい。周期的な格子構造の周
期は、0.1〜10λの範囲である。  
【００３９】
さらに、屈折/回析ユニットの周期的な格子構造と屈折ユニットの屈折構造の両方とも格子構造でもよい。その間の距離は、特定の距離間隔を維持して異なる波長帯光が射出されるよう格子構造によって光の分光角度を決めることにより、例えば、0.1mmから30mmの範囲で変化してもよい。  
【００４０】
さらに、複合分光素子へ入射する光線は、例えば、偏光光線でも、または非偏光光線でもよい。  
【００４１】
さらに、屈折ユニットの屈折構造は、例えば、ポリゴン格子構造またはくさび格子構造でもよい。屈折構造は、周期的な一次元又は二次元のブレーズド格子、多段格子或いはサブ波長格子でもよい。格子構造の周期は、0.1〜10λの範囲である。  
【００４２】
さらに屈折ユニットの屈折構造は、例えば、ポリゴン屈折構造でもよい。屈折構造は、周期的な一次元または二次元のプリズムでもよい。プリズムのサイズは、5から2000λの範囲である。  
【００４３】
さらにまた、屈折/回折ユニット及び屈折ユニットの片方或いは両方は、偏光材料でできていてもよい。さらに、たとえば、偏光材料層を屈折/回析ユニットの周期的な格子構造と屈折ユニットの間に設けてもよい。さらに、例えば、偏光材料層を屈折/回折ユニットの前に設けてもよい。  
【００４４】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者により、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００４５】
100  バックライトモジュール102  屈折/回折ユニット102a  マイクロレンズ102b  周期的な格子構造103  波長帯光104  屈折ユニット104a  屈折構造104b  屈折構造104c  屈折構造104d  屈折構造105  波長帯光106  ディスプレイパネル108  色ライト300  第2の表面302  周期的な格子構造304  入射光306  赤光308  緑光310  青光604、606、608  サブ格子構造704、706、708  屈折サブ構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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