(57)【要約】微細構造ベースの偏光子を記載する。装置は、スペクトルの光領域における電磁波フィルタとして機能し、多波長帯域をフィルタ処理する、および偏光状態をフィルタ処理する。装置は、フィルタ処理された電磁波の波長よりも小さい物理的寸法である誘電体を含む表面レリーフ構造を有する基板を有し、このような構造体が、基板の表面の少なくとも一部を被覆するアレイにおいて繰返される。開示される構造体は、液晶ディスプレイの反射偏光子として、またはディスプレイの各ピクセルの偏光カラーフィルタ素子として、特に有益である。偏光コード化機密保護ラベル、偏光室内照明および電子画像システム用カラーフィルタアレイなどの他の用途が本装置によって実用化される。
2009515203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波をフィルタ処理し偏光する装置であって、
フィルタ処理される電磁波の波長よりも小さい物理的寸法の少なくとも１つの誘電体を含む表面レリーフ構造を有する第１基板であって、かかる構造が、前記第１基板の表面の少なくとも一部を被覆する１次元または２次元アレイにおいて繰返される第１基板を有し、
前記基板の表面レリーフ構造が、導波モード共振フィルタを形成するのに充分な材料から成るか、または該材料に埋設され、
各誘電体が、基板を含む面に平行な面において観察して等しくない寸法の構成であって、または、２次元アレイの１方向における各誘電体の繰返し周期が直交方向の繰返し周期と等しくないことを特徴とする装置。
【請求項２】
表面レリーフ構造の寸法が、電磁波の２つ以上の波長帯をフィルタ処理および偏光するように調整されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
フィルタ処理される電磁波の波長帯が、冷陰極蛍光ランプの波長分布と対応することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
フィルタ処理される電磁波の波長帯が、ＬＥＤ光源の波長分布と対応することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
表面テクスチャの個々の誘電体が、基板表面にわたるアレイにおいて繰返される線であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
個々の誘導体が円錐形、楕円形、正方形、長方形、正弦波形、六角形または八角形の断面プロフィールを有することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
表面テクスチャの個々の誘電体が、基板表面にわたるアレイにおいて繰返される長方形または楕円形のポストまたはホールであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
個々の誘導体が円錐形、楕円形、正方形、長方形、正弦波形、六角形または八角形の断面プロフィールを有することを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
請求項１記載の表面レリーフ構造を含む基板であって、各基板上の前記表面レリーフ構造が、照明電磁波からの異なる波長帯をフィルタ処理および偏光するように構成される基板を１またはそれ以上をさらに有し、
照明電磁波が各基板によって順番にフィルタ処理されるように前記基板が重ねられることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
請求項１記載の表面レリーフ構造を含む各基板上の局在領域であって、各局在領域内の前記表面レリーフ構造が、照明電磁波からの異なる波長帯をフィルタ処理および偏光するように構成される局在領域をさらに有し、
照明電磁波の異なる領域が異なる局在領域によって同時に平行にフィルタ処理されるように、前記局在領域が基板を被覆するアレイにおいて繰返されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
光源、
前記光源からの１つの偏光状態の光を選択的に透過させ、直交偏光状態の光を反射する反射偏光子、および
反射偏光子を透過する光を受ける液晶モジュールであって、請求項１記載の装置を含む偏光アレイを含む液晶モジュール、を含むことを特徴とするＬＣＤディスプレイ。
【請求項１２】
請求項１記載の装置を含むことを特徴とするレーザ空洞共振器ミラー。
【請求項１３】
光源、および
光源からの光を受けて、少なくとも１つの波長の、１つの偏光状態を有する光を反射し、少なくとも他の１つの波長の、直交偏光状態を有する光を透過させる、請求項１記載の装置を含むことを特徴とする光学コード化装置。
【請求項１４】
それぞれ別個のピクセルのアレイを有し、各ピクセルが、可視光スペクトルの異なる狭い部分をそれぞれ透過させる複数の別個のカラーフィルタウィンドウを含み、各ウィンドウが請求項１記載の装置を含むことを特徴とする偏光カラーフィルタ。
【請求項１５】
請求項１記載の装置であって、第１屈折率の材料の均一層によって定義される導波路、および第２屈折率の材料で製造される表面レリーフ構造を有する装置を有し、第１屈折率が第２屈折率よりも実質的に大きいことを特徴とする偏光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、光の波長をフィルタ処理する、および光偏光をフィルタ処理する光学装置に関する。波長および偏光フィルタは、ディスプレイ、室内照明、ビデオおよびスチルイメージングカメラならびに機密保護ラベルおよびタグにおいて一般的な光学素子である。本発明は、通信および機密保護システムにおいて使用されるレーザおよびＬＥＤ光源用の偏光素子としての、ならびに、きわめて重要なことに、液晶ディスプレイバックライトまたはカラーフィルタアレイ用の、安価な高効率偏光フィルタとしての、特定の用途を見出す。
【０００２】
発明の背景
液晶技術に基づく、薄くて扁平な情報およびビデオディスプレイが、携帯電話およびパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）などのポータブルコンピュータおよびハンドヘルド装置において専ら使用されている。液晶ディスプレイ、すなわちＬＣＤは、デスクトップコンピュータおよびホームビデオ市場のブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイと急速に置換わっている。
【０００３】
ラップトップコンピュータまたはテレビに用いられる標準的なＬＣＤは、２つの主要モジュールである、液晶パネルならびにバックライトとして知られる光源および分配システムから成る。液晶パネルは、電気信号を印加すると、バックライトをソースとする光を遮断するか透過させるためのシャッタとして機能する、何百万もの個々の画像素子、すなわちピクセルに分割されている。一般に赤色、緑色および青色の狭い範囲の色を除いたすべての色を吸収するダイ（染料）が白色光源と各ピクセルとの間に統合されて、フルカラー表示を生じさせる。
【０００４】
シャッタリング効果をもたらすために、有機の、長鎖の、円柱形分子の溶液として考えることができる液晶材料が、偏光フィルタリング膜のシート、すなわち偏光子の間に挟まれる。各偏光子は、電場が軸と平行に振動する光だけを透過させる固有の軸を有し、他のすべての光を吸収する。２つの偏光子を、それらの軸が交差する状態、すなわち９０度回転した状態に配置することによって、光は透過しなくなる。長鎖液晶分子が、交差した偏光子の間に並べられると、第１偏光子を透過した偏光は、第２偏光子の透過軸に揃うように回転することができるので、光は透過することができる。液晶分子の回転は、液晶分子が沿って並ぶシート偏光子間に電場を印加することによって引き起こされる。電場が印加されると、シャッタが閉じられて光は遮断される。
【０００５】
液晶ピクセルを透過する光の量は、カラーフィルタリングダイおよび偏光シートの双方での吸収によって制限される。標準ポラロイド膜の整列ペアを通る白色光の透過率は２０パーセント未満であり、１つのカラーフィルタの透過率は良くても７０パーセントである。単一のカラーピクセルの透過率を組合せると、バックライトからの利用可能な光は１２パーセント未満である。この乏しい光透過率が何年にもわたってＬＣＤの市場への受け入れを制限していた。
【０００６】
ＬＣＤの明度を増加させるために、より透過率の高い偏光およびカラーフィルタリング膜が当面必要とされている。近年、３Ｍ社は、ＬＣＤの第１偏光子に代わって使用される、高透過率を有する反射偏光膜を発表した（２００３年４月８日付の米国特許第６５４３１５３号明細書参照）。この単一の３Ｍ膜は、他の明度増強膜（ＢＥＦ）と組合されると、ＬＣＤを透過する光を倍加し、表示がより広い範囲の環境条件において見えるようになる。さらに、３Ｍ膜は、バックライトを含む分配膜への後方反射によって、透過されない光をリサイクルする。
【０００７】
３Ｍによって生産される反射偏光膜は高度に複雑で高価である。３Ｍ偏光子は、プラスチックシートに被覆された薄膜の６００を超える層の積重ねから成る。被覆されると、膜スタックは、偏光作用をもたらすのに必要な異方性を作り出すために、１以上の方向に伸長される。
【０００８】
表面レリーフ微細構造を構成して、偏光に作用する位相遅延装置を生産することができる。２分の１および４分の１波長板の双方が、表面レリーフ格子を用いて実証されてきた。このような構造体は、現代の複製技術を用いて安価に大量生産することが可能である。薄い金属層が格子線の上に（またはそれらの間の溝に）のみ選択的に堆積されると、偏光素子は、表面レリーフ格子から製造することが可能である。このような装置はワイヤグリッド偏光子として知られる。ワイヤグリッド偏光子は赤外光を偏光するために通常使用されるが、可視光に対して使用されることは容認されていなかった。なぜなら、金属線による吸収損失があり、また、ディスプレイ適用などにおいて大きくなり得る領域上にパターン化された、通常６０〜７５ナノメータ（ｎｍ）のオーダーの、極めて小さい格子線幅を生み出すことが必要だからである。ワイヤグリッド偏光子は、投影システムにおいて使用されるミクロディスプレイとの使用を見出すであろう。
【０００９】
光学波長フィルタとして機能し得る、当該技術において知られている、２タイプの表面レリーフ微細構造がある。第１のタイプは、文献において「アズテック（Aztec）」構造と呼ばれており、Cowanによって米国特許第４８３９２５０号明細書、米国特許第４８７４２１３号明細書および米国特許第４８８８２６０号明細書に開示され、詳細に記載されている。アズテック表面構造は階段状ピラミッドに似ており、各段の高さは、反射してコヒーレントに加わる光の波長の２分の１に対応する。アズテック構造は広い波長の光源からの狭い範囲の波長を反射する。アズテック構造は、一般に偏光に対してほとんど影響せず、実際、米国特許第６７０７５１８号明細書および米国特許第６７９１７５７号明細書において考察されるように、偏光不感応であるように特に設計されることが多い。
【００１０】
表面レリーフ微細構造から光学フィルタ機能を発揮するための第２の技術は、表面構造の導波路効果を活用することである。ここで、アズテック構造またはホールもしくはポストなどの単純な構造のアレイが、導波路共振器を作り出すために、高い屈折率の領域に組み込まれ得る。このような３次元または２次元構造フィルタは、光通信および光コンピューティングとの関連で、最近の文献においてかなり注目を浴びてきており、それらは「光バンドギャップ」装置として知られる。フィルタとして２次元および３次元導波モード導波路共振器を使用することは、当該技術においてあまりよく知られていないが、文献には記載されている。（Magnussonの米国特許第５２１６６８０号明細書、米国特許第５５９８３００号明細書および米国特許第６１５４４８０号明細書参照。）また、S. PengおよびG. M. Morrisの「２次元格子の共振散乱」（１９９６年５月、J . Opt. Soc. Am. A.、第１３巻第５号ｐ．９９３）、R. MagnussonおよびS. S. Wangの「光学フィルタの新原則」（１９９２年８月、Appl. Phys. Lett.、第６１巻第９号ｐ．１０２２参照。）
【００１１】
共振効果を発揮するために、導波モード表面構造フィルタは、照明光に使用される光の波長より小さい寸法（高さ、幅および間隔）の構造から構成される。構造体は、周囲の媒体よりも高い密度の材料から成るため、導波路は、伝播方向に直交した方向に作られる。照明光の波長の範囲は制限され、構造体の面において短距離で放射状に伝播し、反射を受ける。面において外側へ放射状に進行する波は、制限されたビームのみが面から漏出するのを許容する構造体から反射された波に干渉し、入射方向の反対側方向に伝播する。アレイにおける構造の大きさ、形状および構成が、フィルタ帯域幅、フィルタ通過帯域プロフィールおよび中心波長を決定する。
【００１２】
導波路共振構造体は、反射において作用するフィルタを容易に生成する。透過フィルタを提供するために、導波路共振構造体は、標準的なファブリ・ペロー（Fabry-Perot）空洞共振器配置内の高反射性の広帯域ミラー構造体間に配設される。この概念は、狭い線幅、長いコヒーレンス長をもたらす、レーザ空洞共振器内への固体エタロンの配設、すなわち当該技術において知られているような、「単一周波数」作動、に直接類似している。薄膜透過フィルタは、非吸収誘電物質の積重ねを用いる、ファブリ・ペロー空洞を作り出す。空洞共振が、長手方向に伝播する光のために得られる。一方、構造導波路共振フィルタが、長手方向および横断方向の双方に共振を作り出すために構成されて、狭帯域透過を達成するのに必要とされる層の数を効果的に減少させる。導波路共振透過フィルタは、Magnussonによって米国特許第５５９８３００号明細書において開示されており、全構造導波路共振透過フィルタ設計は、参照文献のHobbsによって示されている（Hobbs, D. 
S.、「赤外線透過材料上に造設された表面構造に基づくレーザ線遮断または透過フィルタ」、２００５年３月、Proceedings SPIE、第５７８６巻、Window and Dome Technologies and Materials IX）。
【００１３】
表面構造導波路フィルタの構造が高度の円対称性を有する場合、構造導波路内を伝播する光は、全方向において同じ反射に遭遇して、照明光の偏光状態には関係なく、導波路から反射出射する。この偏光非依存性は、HobbsおよびCowanによって米国特許第６７０７５１８号明細書、米国特許第６７９１７５７号明細書および米国特許第６８７０６２４号明細書に開示されている装置の主な態様の１つである。
【００１４】
偏光に作用する表面構造導波路フィルタは、したがって、１次元アレイの線(格子)または２次元アレイの長方形形状などの非対称構造を用いて構成することが可能である。Magnussonは、米国特許第５５９８３００号明細書において、開示される導波路共振フィルタを偏光フィルタ、および非Brewster角偏光レーザミラーとして使用することができると主張している。Magnussonは、表面構造導波路フィルタがどのように偏光に作用し得るのか、または、そのようなフィルタが広いスペクトル成分を含む非偏光源の偏光子としてどのように機能し得るのか、を教示していない。
【００１５】
発明の要約
以下の明細書において、偏光表面構造導波路フィルタを開示する。フィルタは、ある波長範囲について、特定の偏光状態を透過させ、直交する偏光状態を反射するように機能する。この効果は、線のアレイなどの非対称性構造から成る表面構造導波路によってもたらされる。構造導波路の構造は、格子線に平行な偏光の波長に、および格子線と垂直方向の偏光の別の波長に共振する。個々の構造が長方形などの非対称であるか、一方向におけるアレイの構造間隔が直交方向の構造間隔とは異なる、２次元アレイの構造によって、同じ効果がもたらされる。照明源がレーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と同様に狭い範囲の波長を含む場合、レーザまたはＬＥＤ波長に適合する偏光を透過させるか反射するように、偏光表面構造導波路フィルタを構成することが可能である。ランダムに偏光された広帯域光源によって照明される同フィルタは、直交状態で偏光された２つの狭帯域スペクトル域を反射するか透過させる。多波長帯域に同時に機能する非対称表面構造導波路フィルタを設計することによって、液晶ディスプレイを照明するのに使用される標準的な蛍光ランプおよびＬＥＤ光源の不連続なスペクトル成分を偏光することが可能な偏光多帯域フィルタを実現することができる。本発明の装置は、表面レリーフ微細構造光学位相差板および導波路共振フィルタで見出された単純で安価な製造の利点と、延伸誘電体膜スタックで見出された低損失大面積偏光機能とを組合せている。
【００１６】
多帯域適合フィルタ装置は、照明光の入射角度に特に敏感である。構造導波路配置に応じて、照明角の範囲を設計軸から数度も下げることができる。広角拡散の照明すなわち光錐を必要とする用途に対して、透過フィルタはより良い選択である。構造化されているか均一である高反射層の間に構造導波路層が位置する場合に、導波路共振表面構造透過フィルタが作り出され、ファブリ・ペロー空洞をもたらす。高反射構造体および／または均一導波路層によって形成される空洞内で共振する光だけが透過する。非対称構造体が導波路を形成していると、波長の狭い範囲内のＳ−偏光だけが共振状態を満たし、透過する。空洞内で共振しない波長のＳ−偏光は、照明ビーム方向の反対方向に後方反射される。Ｐ−偏光については、空洞共振器は作り出されず、広帯域Ｐ−偏光が透過する。波長の狭い範囲内のＰ−偏光について、表面構造導波路内の共振がもたらされ、これらの波長はＳ−偏光反射ビーム上に重なって後方反射される。微細構造または微細構造配置によって設定される空洞共振器のいずれでも共振しない照明光は、波長の広い範囲で偏光されている。したがって、特定の照明源のスペクトル成分に適合する共振帯域を有する偏光カラーフィルタをもたらす前述の偏光適合阻止フィルタとは対照的に、透過フィルタの設計は、照明源によって放射されない光の波長に共振帯域を配置することを必要とする。微細構造に基づいて広帯域反射偏光子を作り出す結果として、微細構造で共振する光の帯域幅を最小限に抑えること、および広帯域偏光機能だけを残して共振を効果的に抑制または最小化するという導波路の欠点を導入することさえも所望される。微細構造の導波路層間でのコヒーレンスを最小限に抑えることで、３次元構造を、３つの軸すべてで異なる平均屈折率を有するバルク材料として考えることができる。微細構造導波路の性質は、非常に少数の層が、多数の層および小さい屈折率で造設される装置と同等の機能を実行することを可能にする、大きな屈折率変化をもたらす。
【００１７】
非吸収広帯域微細構造反射偏光子の広い用途が、ＬＣＤを照明するために使用されるバックライトにおいて見出される。前述のように、ＬＣＤは、１つの偏光状態の光すべてを選択的に吸収する吸収偏光子を採用する。吸収偏光子を、所望されない偏光状態を光源に後方反射し、偏光変換を受けて透過光として再利用する効果的な偏光子に置換えることによって、微細構造に基づく非吸収反射偏光子は、ＬＣＤ明度に顕著な増加をもたらす。微細構造は、ＤＢＥＦ製品を有する３Ｍ社によって現在排他的に享受される１０億ドルの反射偏光子市場に、効果的に参加することができる偏光膜などの低コスト大量生産を可能にする。
【００１８】
本発明の１つの態様は、広帯域光源内に含まれる光波長の狭い範囲を同時にフィルタ処理し偏光する導波モード共振表面構造光学フィルタを含む。表面構造偏光フィルタは、従来の偏光装置およびカラーフィルタにおいて見られるような吸収による損失のない、高性能反射または透過偏光を提供する。低コスト製造は、偏光フィルタを含む表面レリーフ構造の複製によっても可能である。
【００１９】
本発明の別の態様は、入射光の広いスペクトルからの光の波長の１つ以上の不連続の帯域の偏光を反射するか透過させるための、複数の導波モード表面構造を有する偏光光学フィルタアレイに向けられる。表面構造フィルタは予め定めた領域に制限され、各領域は予め定めた距離によって空間的に分離されており、領域は２次元アレイにおいて繰返されている。アレイにおける各フィルタ領域すなわち「ウィンドウ」は、異なる波長の光を偏光し、反射するか透過させるために構成される。たとえば、偏光された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の光を透過させるそれぞれ３つのフィルタウィンドウの繰返し群から成るアレイは、ほとんどの液晶ディスプレイにおいて使用されるものと同様のＲＧＢカラーフィルタアレイを形成する。このような偏光ＲＧＢフィルタアレイは、現代のＬＣＤにおいて使用される標準的な吸収ダイカラーフィルタアレイおよび反射偏光膜の双方に取って代わる。偏光透過フィルタアレイの代わりの実施形態は、ほとんどのデジタルカメラシステムにおいて使用される、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）すなわちＣＭＹカラースキームをもたらすために、偏光ＲＧＢ光を反射する。偏光フィルタアレイの別の代わりの実施形態は、暗視用途用のカラーおよび偏光識別画像センサをもたらすための、赤外光の広いスペクトルからの波長の狭い領域内の偏光を反射する。
【００２０】
本発明の別の態様は、入射光の広いスペクトルからの光の波長の１つ以上の不連続の帯域の偏光を反射するか透過させるための１つ以上の導波モード表面構造を有する偏光光学フィルタに向けられる。表面構造は、照明広帯域光が伝播するにつれて各フィルタに順次遭遇するように配置すなわち積重ねられる。スタック中の各フィルタは、照明源のスペクトル成分に適合する、波長の狭帯域を偏光し、反射するか透過させるように設計される。スタック中の各フィルタは、少なくとも照明光源と同じ大きさの領域を被覆する。たとえば、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の光を偏光して反射するか透過させる３つの偏光表面構造フィルタは、ＲＧＢカラーフィルタシートを形成するように層状にされており、ＲＧＢフィルタは、ほとんどの液晶ディスプレイにおいて使用される光源のスペクトル成分に適合するように設定される。このような偏光フィルタシートは、前述の３Ｍ社の反射偏光子膜に対する低コストの競争相手となるだろう。
【００２１】
本発明の別の態様は、広いスペクトルの入射光からの２つ以上の光の波長の不連続な帯域における偏光を、同時に反射するか透過させる単一の導波モード表面構造を有する偏光光学フィルタに向けられる。本実施形態において、導波モードフィルタを形成する構造の寸法は、２つ以上の共振波長を支持するように調整される。通常、２〜５個の不連続の波長帯域が、単一の表面レリーフ構造から偏光されて、反射されるか透過することができる。照明光源のスペクトル分布を表面構造フィルタの共振に適合させることによって、一般に液晶ディスプレイに採用される光源に対して機能し得る高効率偏光子が提供される。同じように、ロケット噴出またはジェットエンジンの赤外光シグネチャ、またはレーザ通信システムなどによって不連続の波長および／もしくは不連続の偏光状態にて情報を伝達する意図的にコード化された光源などの、注目するターゲットのシグネチャに適合する特定のスペクトル分布を反射するか透過させるように、偏光表面構造フィルタを構成することが可能である。
【００２２】
これらの態様は、通常、導波モード表面構造フィルタを設けることによって達成され、かかるフィルタは、線、または基板の表面にわたって繰り返される楕円形または長方形のポストまたはホールなどの、予め定められた種々の形状の誘電体から形成されて、格子または矩形もしくは直角三角形のアレイなどの予め定めた非対称パターンに配置される、線または楕円または長方形ポストまたはホールなどの種々の予め定めた形状の誘電体の形状を成す導波モード表面構造フィルタを提供することによって、達成される。ここで使用される用語「体」は、空気または他のいくつかの誘電物質で満たされる「ホール」を含むことに留意されたい。
【００２３】
別の用途において、反射偏光表面構造光学フィルタはレーザ空洞共振器ミラーとして使用され、透過フィルタはレイジング媒体のフェーセット上に造設される。両フィルタは、レーザ光の狭帯域反射と組合されて、ポンプ光照明の高い透過率という特別な利点を提供する。さらに、高出力レーザで使用される多層薄膜フィルタで通常見られる熱レンズ問題および熱損傷を低下させるために、レイジング媒体そのものからフィルタを構成することが可能である。
【００２４】
別の用途において、偏光および非偏光構造の双方を含む表面構造フィルタを提供することができる。情報は、予め定めた波長および偏光状態にコード化されたフィルタを通過する広帯域の光線に載せて、伝達される。予め定めた多波長帯域を利用することが可能である。
【００２５】
さらに別の用途において、レーザ通信システムにおいて信号識別を強化するために、偏光表面構造フィルタを提供することができる。振幅変調情報は、レーザ光源の１つ以上の偏光状態にコード化される。たとえば、地球と火星との間の自由空間レーザ通信システムは、長時間の通信をサポートするために、偏光および偏光狭帯域フィルタを採用する。なぜなら、地球に対する火星の相対的な軌道は、太陽からの背景光の増加をもたらすからである。
【００２６】
本発明は、電磁波をフィルタ処理し偏光する装置を特徴とし、装置は、フィルタ処理された電磁波の波長よりも小さい物理的寸法である少なくとも１つの誘電体を含む表面レリーフ構造を有する第１基板を有し、このような構造は、第１基板の表面の少なくとも一部を被覆する１次元または２次元アレイにおいて繰返され、基板の表面レリーフ構造は、導波モード共振フィルタを形成するのに充分な材料から成るか材料に埋没し、誘電体は、基板を含む面に平行な面において観察されるのと同等でない寸法で構成され、すなわち、２次元アレイの１方向における誘電体の繰返し周期が直交方向の繰返し周期とは等しくない。
【００２７】
表面レリーフ構造の寸法は、電磁波の２つ以上の波長帯をフィルタ処理および偏光するように調整することが可能である。フィルタ処理された電磁波の波長帯は、冷陰極蛍光ランプの波長分布と、またはＬＥＤ光源の波長分布と対応可能である。表面テクスチャの個々の誘電体は、基板表面上のアレイにおいて繰返される線であってもよい。個々の誘導体は円錐形、楕円形、正方形、長方形、正弦波形、六角形または八角形の断面プロフィールを有する。表面テクスチャの個々の誘電体は、基板表面上のアレイにおいて繰返される長方形または楕円形のポストまたはホールであってもよい。個々の誘導体は円錐形、楕円形、正方形、長方形、正弦波形、六角形または八角形の断面プロフィールを有する。
【００２８】
本装置はそのような表面レリーフ構造を含む１つ以上の基板をさらに有し、各基板上の表面レリーフ構造は、照明電磁波からの異なる波長帯をフィルタ処理および偏光するように構成され、基板は、照明電磁波が各基板によって順番にフィルタ処理されるように重ねられる。代わりに、装置は、そのような表面レリーフ構造を含む各基板上に局在領域をさらに有し、各局在領域内の表面レリーフ構造は、照明電磁波からの異なる波長帯をフィルタ処理および偏光するように構成され、局在領域は、照明電磁波の異なる領域が異なる局在領域によって同時に平行にフィルタ処理されるように、基板を被覆するアレイにおいて繰返される。
【００２９】
特徴はまた、光源、光源からの１つの偏光状態の光を選択的に透過させて、直交する偏光状態の光を反射する反射偏光子、および反射偏光子を透過する光を受ける液晶モジュールであって、前述の偏光アレイを含む液晶モジュールを含む、ＬＣＤディスプレイである。前述の装置を含むレーザ空洞共振器ミラーも特徴とされる。さらに、本発明は、光学コード化装置を特徴とし、光源、および光源からの光を受けて、少なくとも１つの波長の１つの偏光状態を有する光を反射し、少なくとも他の１つの波長の直交する偏光状態を有する光を透過させる、前述の装置、を含む。
【００３０】
本発明の別の態様は、偏光カラーフィルタを特徴とし、別々のピクセルアレイを有し、各ピクセルは、可視光スペクトルの異なる狭い部分をそれぞれ透過させる複数の別々のカラーフィルタウィンドウを含み、各ウィンドウは前述の装置を含む。さらに別の態様は、第１屈折率の材料の均一層によって定義される導波路、および第２屈折率の材料で製造される表面レリーフ構造、を有する前述の装置を含む偏光フィルタを意図し、ここで、第１屈折率は第２屈折率よりも実質的に大きい。
【００３１】
本発明のこれらの利点は以下の明細書および特許請求の範囲から、より明らかとなるであろう。
【００３２】
本発明の前述の、ならびに他の目的、特徴および利点は、異なる図面を通して同じ参照符合が同じ部分を示す添付図面によって説明される、本発明の好ましい実施形態のより特定された以下の記載から明らかになるであろう。図面は、本発明の原理を説明するものであり、必ずしも拡大縮小、強調をするのもではない。
【００３３】
発明の詳細な説明
図１は、特定の波長範囲の光を反射することができる表面構造偏光光学フィルタ１０の断面斜視図を、ならびに広スペクトルからの、ランダム偏光光線２０が垂直入射にて装置を貫く、特定の電場方位２４Ｐおよび２４Ｓ、すなわち偏光状態を示す。透過光線２２は、反射光２４Ｐおよび２４Ｓに直交する電場方位で伝播する波長２６Ｐおよび２６Ｓを除けば、入射ビーム２０と同じランダム偏光広スペクトル光を含む。識別語「Ｓ」および「Ｐ」は、以下の記載すべてにおいて、直交する電場方位を示し、Ｓは電場が表面構造の長手に平行して振動し、Ｐは電場が直交方向に、すなわち表面構造の長手に垂直に振動するという意味で使用されることに留意されたい。
【００３４】
偏光表面構造光学フィルタ１０は、光学屈折率ｎ２のプラットホームすなわち基板１２上に造設される。フィルタは、屈折率ｎ３の均一材料層１４、および屈折率ｎ４の材料から製造される、通常は長方形断面プロフィールの線のアレイとして構成される表面レリーフ構造１６から成る。線１６間の空間は、屈折率ｎ１の材料で満たされる。線１６は、周期的な間隔、すなわちΛのピッチをもって、基板１２上の均一材料層１４の表面にわたるアレイにおいて繰り返される。線１６のアレイは、格子として当該技術において知られる。光学フィルタとして機能するために、格子のピッチは、フィルタ処理される光の波長よりも短くなければならない。このような格子は、当該技術において「サブ波長」と呼ばれる。さらに、偏光フィルタ１０は、導波路を形成する材料で製作されなければならない。これは、材料層の屈折率がｎ２＜ｎ３＞ｎ１、およびｎ３≧ｎ４であることを必要とする。
【００３５】
偏光表面構造光学フィルタ設計１０の性能は、厳密なベクトル回折計算を用いてシミュレートされる。ソフトウェアシミュレーションは、多重構造均一材料から成るユーザ定義の３次元表面テクスチャを通る広域スペクトル光のスペクトル反射率および透過率を予測する。計算は、任意の偏光状態および光入射角から成る。材料のライブラリの光学定数についての測定データが含まれる。図２は、図１に示される偏光フィルタ設計の予測性能のプロットを示す。モデルは、材料層１４についてｎ３＝２．１の五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、格子線１６についてｎ４＝１．６２の感光性ポリマ、ｎ２＝１．４８のガラス基板、およびｎ１＝１の空気環境を採用した。格子ピッチΛは５５０ｎｍに設定され、格子線の幅および高さはそれぞれ２７５ｎｍおよび９０ｎｍに設定された。Ｔａ２Ｏ５層１４の厚みは１５０ｎｍに設定された。広帯域光線２０がフィルタ構造面に垂直に入射すると、モデルは、８５０ｎｍの波長のＰ−偏光が光線２４Ｐとして反射され、９２５ｎｍの波長のＳ−偏光が光線２４Ｓとして反射されるということを予測する。透過広帯域光線２２は、波長８５０ｎｍおよび９２５ｎｍのＳ偏光およびＰ偏光スペクトル成分２６Ｐおよび２６Ｓをそれぞれ含む。装置１０は、波長および偏光フィルタとして機能する。図２は、偏光機能の潜在効率が１００％に迫る、すなわち、光線２０内に含まれる、８５０ｎｍの波長のＰ−偏光の１００％が反射されるということを表している。光線２０が偏光されていないと、装置１０は８５０ｎｍの光の５０％を反射してＰ偏光状態にし、８５０ｎｍの光の５０％を透過させてＳ偏光状態にする。９２５ｎｍの波長では、光の半分は反射されてＳ偏光状態になり、他方半分は透過してＰ偏光状態になる。
【００３６】
図１の偏光フィルタ設計のプロトタイプが、偏光効果を実証するために製作された。Ｔａ２Ｏ５の１５０ｎｍ層で被覆されたガラス基板が、フォトレジストとして知られる、８０ｎｍの厚い層の感光性ポリマで被覆された。フォトレジストは、干渉リソグラフィ技術を用いて５３０ｎｍのピッチの格子パターンで露光された。標準的な湿式現像プロセスの後、フォトレジスト層は線のアレイから成る表面構造を含んだ。製作された構造体の正面図および断面図を、図３の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像に示す。基板１２、均一材料層１４および格子線１６が顕微鏡写真において示されている。
【００３７】
図４は、図３に示される偏光フィルタプロトタイプの測定反射率のプロットである。２つの曲線が示されており、破線は、垂直入射でのＳ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示し、実線は、垂直入射でのＰ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示す。測定は、ファイバ結合光源およびアルミニウムミラー基準の格子ベースのスペクトロメータを用いてなされた。偏光効率は、双方の偏光波長帯域で約８０％であり、帯域分離は７５ｎｍである。偏光フィルタ帯域の形、位置および分離は、図２の計算によって予測されたものと厳密に一致する。
【００３８】
図５は、図１の設計に厳密に一致する格子構造によって製作された偏光フィルタプロトタイプの測定反射率のプロットである。図４と同様に、２つの曲線が示されており、破線は、垂直入射でのＳ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示し、実線は、垂直入射でのＰ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示す。スペクトロメータの測定結果は、９２５ｎｍに中心があるＳ−偏光について１０２％の偏光効率を、８６０ｎｍに中心があるＰ−偏光について約９５％の効率を示す。（効率測定結果のエラーは、白色光源を偏光するのに使用された従来の吸収型偏光子の透過の変動による。）偏光フィルタ帯域の形、位置および分離は、図２の計算によって予測されたものとよく一致し、偏光効率は高く、フィルタ材料からの分散またはフィルタ材料による吸収に起因する光損失が最小限であると示している。
【００３９】
ＬＣＤにおいて使用される、カラーフィルタアレイおよび反射偏光子などの多くの用途にとって、光源のスペクトル成分に適合するために、より広い波長帯域のフィルタ応答をもたらすことが所望される。さらに、より少ない材料層で偏光フィルタ機能を生み出すことは、有力な反射偏光子技術に必要とされる何百もの材料層と関連するコストと比較して、顕著に削減された製造コストをもたらす。図６は、５４０ｎｍに中心がある緑色の光、つまり、ＬＣＤにおいて使用される冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）および発光ダイオード（ＬＥＤ）によって放射される一般的な波長、に対して機能するように設計された、偏光フィルタ構造３０を示す。装置３０は、基板１２によって支持され、表面レリーフ構造３６を含む単一材料層３４から成る。このような構造は、従来の、大量生産の、ロールツーロール複製方法を用いて、可撓性のプラスチック基板上に容易に製作することが可能である。装置１０のように、偏光フィルタとして機能するために、装置３０はｎ１＜ｎ３＞ｎ２の関係に適合する材料から構成され、表面レリーフ構造３６のピッチΛはフィルタ処理される光の波長より短くあるべきで、表面レリーフ構造３６は偏光効果を生み出すために非対称の程度を高くして構成されなければならない。
【００４０】
図７は、図６の偏光フィルタ設計からの予測反射率を示す。上述のプロットおよび以下に続く全プロットのように、２つの曲線が示されており、破線は、垂直入射でのＳ偏光広帯域光で照明されたときの図６のモデルからの予測反射率を示し、実線は、垂直入射でのＰ偏光広帯域光で照明されたときの図６のモデルからの予測反射率を示す。モデルは、複合の材料および構造層３４および３６について、Ｔａ２Ｏ５（ｎ３＝２．１）、ｎ２＝１．４８のガラス基板、およびｎ１＝１の空気環境を採用している。格子ピッチΛは３５０ｎｍに設定され、格子線３６の幅および高さはそれぞれ１７５ｎｍ（ピッチの半分、すなわち５０％のデューティサイクル）および７５ｎｍに設定された。Ｔａ２Ｏ５層３４の厚みは７５ｎｍに設定された。広帯域光線２０がフィルタ構造面に垂直に入射すると、モデルは、５８５ｎｍの波長のＳ−偏光が光線２４Ｓとして反射され、５４０ｎｍの波長のＰ−偏光が光線２４Ｐとして反射されるということを予測する。透過広帯域光線２２は、波長５８５ｎｍおよび５４０ｎｍのＳ偏光およびＰ偏光スペクトル成分２６Ｐおよび２６Ｓをそれぞれ含む。
【００４１】
装置３０は、半値全幅（ＦＷＨＭ）点にて測定された１５〜２０ｎｍ幅であり、４５ｎｍで分離される、２つの波長帯域に効果的な偏光子として機能する。偏光帯域の中心波長は、格子線のピッチによって主に決定される。図８は、双方ともがＣＣＦＬによって放射される標準的な波長である、青色の４３０ｎｍに、および赤色の６１０ｎｍに、偏光フィルタ帯域を中央化させるように格子ピッチを変化させる予測効果を示す。４つの曲線が示されており、赤色フィルタモデル用の２つは、格子ピッチが４００ｎｍに設定され、青色フィルタモデル用の２つは、格子ピッチが２５０ｎｍに設定された。その他のすべての装置パラメータは、図６のモデルのように設定された。モデル結果は、固定セットの材料から成る１タイプの構造が、ほとんどのＬＣＤおよびデジタルカメラで使用されるカラーフィルタアレイに特有である、赤色、緑色および青色の偏光フィルタ帯域を作り出すために使用することが可能であるということを示している。その後、ピクセルで構成されたマスター構造をもたらすことができ、ピクセルアレイは、それぞれが異なる格子ピッチを含む３つのサブ領域によって構成される。マスターアレイは、標準的なドットマトリックス干渉リソグラフィ手段を用いて製作することが可能である。何十万ものピクセルを含む偏光カラーフィルタアレイは、標準的なロールツーロール複製技術を用いて可撓性のプラスチックシート上に一度に複製することが可能である。
【００４２】
図９は、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂに対応する、可視光スペクトルの狭い部分を透過させる３つのカラーフィルタウィンドウの１組をそれぞれが含む、１０２４列Ｃ１〜Ｃ１０２４および７６８行Ｒ１〜Ｒ７６８の画素（ピクセル）１２１で構成される、標準的なカラーフィルタアレイ１２０の平面図を表す。アレイ１２０は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータモニタ、およびテレビなどに使用される、フラットパネルＬＣＤの標準的な要素である。
【００４３】
図１０は、日本の大日本印刷株式会社によって生産される吸収性ダイカラーフィルタ材料を通して、近赤外光（３８０〜７８０ｎｍの範囲の波長）で見える既報の透過を示す。ほとんどのＬＣＤカラーフィルタアレイに使用される、赤色（点線）、緑色（実線）および青色（破線）材料の透過に対応する、３つの曲線が示される。３つの材料はそれぞれ、通過帯域の外側の波長の光を強く吸収すると同時に、波長の狭帯域を最小限の吸収だけをともなって透過させるダイを含む硬化ポリマの均一層から成る。各ダイの通過帯域は、ＬＣＤに使用される標準的なＣＣＦＬランプのスペクトル分布に適合するように、ピーク透過に最適化される。本発明の目的は、アレイ１２０において一般的に採用される吸収性ダイフィルタを、狭い範囲の波長を透過させるか反射し、反射を通じて、カラーフィルタ帯域の外側の波長すべてを再利用する、非吸収偏光カラーフィルタと、置き換えることである。
【００４４】
発明装置の用途をさらに図解するために、標準的な背面照明型ＬＣＤの断面を示す略図を図１１に示す。ＬＣＤは、液晶モジュール１００、光成形、分布および偏光膜１３０ならびに光源１４０から成る。光源１４０は、ＣＣＦＬランプ１４６（または代わりに、ＬＥＤのアレイ）および光反射拡散面１４４と結合している導光体１４２を含む。非偏光１２２は、符号１４２と符号１４４との組合せによって発散し、ディスプレイ領域を覆い、液晶モジュール１００に向かって伝播する。モジュール１００に達する前に、広い範囲の角度で放射される非偏光１２２は、その照明の角拡散を削減して狭い錐の光１２４を発生させるように機能する、光コリメーティング膜１３４および１３３に遭遇する。膜１３４および１３３は、交差配置される三角断面格子１３２として通常形成される。別の設計は、マイクロレンズのアレイを利用する。これらの光コリメーティングまたはプリズム膜は、当該技術において輝度上昇膜すなわちＢＥＦとしばしば呼ばれる。
【００４５】
照明光１２４は、直線偏光状態の光１２８を選択的に透過させ、直交偏光状態の光１２６を反射する反射偏光子１３６に遭遇するとき、非偏光である。液晶モジュール１００の透過軸にそって偏光されない光の吸収を除去すること（前記参照）、ならびに反射光１２６が符号１３３，１３４，１４２および１４４からの多重反射の後、偏光１２８に変換されて最終的に透過すること（当該技術において光再利用として知られる操作）、によって、反射偏光子１３６は、モジュール１００を透過する光を増加させるように機能する。反射偏光子１３６の機能は、照明光の色への依存性をほとんど有さず、軸および３０度までの軸外の入射光に効果的に作用するべきである。前述のように、３Ｍ社は有力な反射偏光子膜をＬＣＤ市場に供給している。３Ｍの膜はＤＢＥＦとして知られる。本発明のさらなる目的は、低コストで大量生産することができる微細構造に基づく、別の、非吸収、光再利用、広帯域偏光膜を提供することである。
【００４６】
次に、偏光１２８は、基板１０６および液晶材料１１４で構成される液晶モジュール１００へ入射する。偏光１２８は、従来の吸収偏光層１０３の透過軸に整列された偏光軸に整列される。次に、光１２８は、前述のように、電気信号の印加を可能にするために、個々のトランジスタに連結される透明伝導膜１１６を含むウィンドウアレイを伝播する。層１１８は、電気信号によって変更することができる、基底状態の液晶分子を整列させるように機能する。光１２８は、層１１４および１１８を通過後、不連続の、赤色１０８、緑色１１０および青色１１２フィルタウィンドウを含むカラーフィルタアレイ１２０に入射する。スペクトル成分を変化させた偏光は、アレイ１２０を透過し、透明導電層１０５および上側の基板１０６を伝播する。印加される電気信号に応じて、カラーフィルタアレイ１２０を透過する光は、吸収偏光子層１０４の透過軸または消光軸のいずれかに沿って偏光される。層１０４の透過軸と平行に偏光された光は、反射防止層１０２を透過し、そこで観察することが可能である。
【００４７】
本発明のさらなる目的は、透明導電層１０５、外部偏光子１０４および潜在的に配向層１１８の機能をも提供する材料から製作することが可能である、微細構造の偏光アレイに基づく改良カラーフィルタアレイ１２０を提供することである。
【００４８】
本発明のさらなる目的は、低コストで大量生産することができ、吸収偏光子１０３の除去を可能にするのに充分な偏光効率をも提供することができる微細構造に基づく、別の、非吸収、光再利用、広帯域偏光膜１３６を提供することである。
【００４９】
本発明の特定の目的は、ＬＣＤとともに使用される照明源に機能し得る偏光フィルタを提供することである。図１２ａおよび１２ｂは、ＬＣＤを照明するのに一般的に採用される２つの光源のスペクトル分布を示す。図１２ａは、６１０ｎｍ、５４０ｎｍおよび４３０ｎｍの３つの狭帯域輝線を示すＣＣＦＬバックライトの出力のプロットである。蛍光体輝線のスペクトル幅は、青色および赤色の線については３ｎｍ未満のＦＷＨＭで、緑色の線については約１０ｎｍのＦＷＨＭである。図１２ｂは、６３０ｎｍ、５３５ｎｍおよび４６５ｎｍに中心がある３つのＬＥＤ源を用いて構成されたバックライトのスペクトル分布の混合プロットである。各ＬＥＤのスペクトル幅は２５〜４０ｎｍのＦＷＨＭである。
【００５０】
白色光源から赤色偏光を抽出するように設計された様々なプロトタイプの製作において実行するために、図６の偏光カラーフィルタ用の設計に変更された。Ｔａ２Ｏ５の１５０ｎｍ層で被覆されたガラス基板が、フォトレジストの３８５ｎｍの厚さの層で被覆された。フォトレジストは、干渉リソグラフィ技術を用いて４０５ｎｍのピッチの格子パターンで露光された。標準的な湿式現像プロセスの後、フォトレジスト層は線のアレイから成る表面構造を含んだ。その後、フォトレジスト層は、反応性イオンエッチングすなわちＲＩＥとして知られるドライエッチング技術を用いて下方のＴａ２Ｏ５の層をエッチングするための、犠牲マスクとして採用された。ＲＩＥ後であって残余フォトレジストマスク層の除去前の、製作された構造の正面図および断面図を、図１３ａのＳＥＭ画像に示す。基板１２、均一材料層３４および格子線３６が顕微鏡写真において示される。図１３ｂは、残余フォトレジストマスク材料が除去されたということ以外、図１３ａのプロトタイプに類似した方法で製作された偏光カラーフィルタのプロトタイプを示す。
【００５１】
図１４ａは、図１３ａに示される偏光フィルタのプロトタイプの測定反射率のプロットである。２つの曲線が示されており、破線は、垂直入射でのＳ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示し、実線は、垂直入射でのＰ偏光広帯域光で照明されたときの装置からの反射率を示す。測定は、ファイバ結合光源およびアルミニウムミラーを基準とする格子ベースのスペクトロメータを用いてなされた。偏光効率は、一般的なヘリウムネオンガスレーザの放射に対応する波長である、６３３ｎｍに中心があるＰ−偏光について９０％を超える。１００％の偏光効率が、６７５ｎｍに中心があるＳ−偏光について観察される。両帯域での偏光消光比すなわち対比は、２００：１を大幅に上回り、記録された実測値は測定システムによって限定される。図１４ａのプロトタイプは効果的なレーザ空洞共振器ミラーを作るので、レーザ周波数を安定化させ、標準的なブルースターウィンドウの必要性を削減するのに機能し得る、偏光フィードバックを提供する。
【００５２】
図１４ｂは、図１３ｂのプロトタイプの偏光効率を示す。このプロトタイプにおいて、帯域幅は顕著に広がり、帯域は、ＣＣＦＬ源からの赤色放射に適合する６１０ｎｍに中心がある。帯域の外側の反射は最小限であること、すなわち、青色および緑色の光の透過率が高いことに、留意されたい。このようなフィルタは、ＣＭＹカラースキームのシアンに対応する。
【００５３】
図１５は、微細構造に基づく偏光カラーフィルタアレイ１２０をもたらすために採用することができる単純な製造方法を説明する。アレイの１つのピクセル１２１は、赤色、緑色および青色の反射（すなわち、シアン、マゼンタ、イエロー透過）に対応する、３つのサブピクセルウィンドウから成ることが示される。構造体の断面１５０が示されており、屈折率ｎ１の環境に囲まれる、屈折率ｎ３の材料層は、屈折率ｎ２の基板によって支持され、ｎｌ＜ｎ３＞ｎ２である。フィルタの設計は図６のモデルに従い、構造層は、構造体の深さが材料層の厚みの半分未満であるように、均一材料層内に製作される。屈折率ｎ３の材料層は、１．７〜１．９の範囲の屈折率ｎ３の高温ポリマ樹脂から成り得る。基板は、ディスプレイ膜（ｎ３＝１．６）に共通の選択である、ポリエチレンまたはＰＥＴシートプラスチック膜を備える、１．４〜１．６５の範囲の屈折率のガラスまたはプラスチックであり得る。システム１６０は、符号１２０および１５０に示されるパターンを高い屈折率の材料に施すように機能する突起１６２を含むドラムローラ１６４を採用する、単一のパス複製プロセスにおいて、カラーフィルタアレイの連続パターニングをもたらすために使用することができる。代わりに、高い屈折率材料は、一般に紫外線から青色のスペクトル域の光を放射する光源１４６に露光することによって材料の硬化を可能にする光開始剤を含んでもよい。
【００５４】
多くのＬＣＤ用途において、偏光フィルタは、照明源によって放射される５つもの不連続な波長帯域に対して機能しなければならない。発明装置の構造の改良を通して、偏光フィルタは同時に多くの波長帯域に機能するように製造されることが可能である。図１６は、青色および緑色の光双方を同時に反射および偏光するように設計された偏光光学フィルタ装置４０を示す。正弦プロフィール線から成る表面レリーフ格子構造４６は、基板１２によって支持される材料層４４の表面に組込まれる。ここでも、材料の屈折率は、導波路共振効果をもたらすのに必要な状態、ｎ１＜ｎ３＞ｎ２に設定される。格子構造４６の深さおよびピッチならびに均一層４４の厚みは、複数の共振帯域に順応するように調整される。図６の設計のような共振波長の約４分の１から共振波長の約４分の３にまで層４４および格子４６の厚みを増加させることによって、２つの偏光フィルタ帯域をもたらすことができる。
【００５５】
図１７は、ガラス基板１２（ｎ２＝１．４８）、およびｎ１＝１の空気に囲まれる硫化亜鉛の構造層４４，４６（ｎ３＝２．４）によって構成される装置４０を通る透過率の計算結果を示す。均一ＺｎＳ層４４の厚みは１８０ｎｍに設定され、格子の深さは１９５ｎｍに設定され、格子ピッチは２５３ｎｍに設定されている。図９の実曲線は、広域スペクトル光線２０から反射されるＰ偏光が、図１６の符号２４Ｐおよび２５Ｐによってそれぞれ示される、５４０ｎｍおよび４４０ｎｍに中心がある２つの波長を有することを示す。図８の２６Ｓおよび２７Ｓによって示されるＳ偏光だけが、波長５４０ｎｍおよび４４０ｎｍにて透過する。図１７の破曲線は、広域スペクトル光線２０から反射されるＳ偏光が、図１６の符号２４Ｓおよび２５Ｓによってそれぞれ示される、５５０ｎｍおよび４５０ｎｍに中心がある２つの波長を有することを示す。図１６の２６Ｐおよび２７Ｐによって示されるＰ偏光だけが、波長５５０ｎｍおよび４５０ｎｍにて透過する。５５０，５４０，４５０および４４０ｎｍの波長に中心がある偏光フィルタ帯域は、図１７の網掛け領域によって強調されており、図においてＧ２、Ｇ１、Ｂ２およびＢ１として指定される。
【００５６】
均一材料層の厚みをさらに共振波長の４分の１増加させることによって、第３の偏光フィルタ帯域をもたらすことができる。図１８は、装置４０と同じ材料で設計された偏光フィルタ装置５０を示すが、長方形プロフィールの線、および厚みが２４０ｎｍに増した層５４を有する、表面レリーフ構造５６を含む。格子線の幅は、本例については、２８０ｎｍに設定されている格子ピッチのわずか４０％に狭められる。
【００５７】
図１９は、装置５０を通る透過率の計算結果を示す。図１９の実曲線は、広域スペクトル光線２０から反射されるＰ偏光が、図１０の符号２３Ｐ、２４Ｐおよび２５Ｐによってそれぞれ示される、５９５ｎｍ、４９０ｎｍおよび４２５ｎｍに中心がある３つの波長を有することを示す。図１８の２８Ｓ、２６Ｓおよび２７Ｓによって示されるＳ偏光だけが、波長５９５ｎｍ、４９０ｎｍおよび４２５ｎｍにて透過する。図１９の破曲線は、広域スペクトル光線２０から反射されるＳ偏光が、図１８の符号２３Ｓ、２４Ｓおよび２５Ｓによってそれぞれ示される、６１０ｎｍ、５２０ｎｍおよび４３０ｎｍに中心がある３つの波長を有することを示す。図１８の２６Ｐおよび２７Ｐによって示されるＰ偏光だけが、波長６１０ｎｍ、５２０ｎｍおよび４３０ｎｍにて透過する。６１０ｎｍ、５９５ｎｍ、５２０ｎｍ、４９５ｎｍ、４４０ｎｍおよび４３０ｎｍの波長に中心がある偏光フィルタ帯域は、図１９の網掛け領域によって強調されており、図においてＲ２、Ｒ１、Ｇ２、Ｇ１、Ｂ２およびＢ１として指定される。
【００５８】
図２０に、近赤外光に機能するように設計された、トリプルノッチ、非偏光導波路共振フィルタの測定反射率データを示す。フィルタは、ガラス基板に堆積するＺｎＳ層を用いて製作された。メサ構造（亀甲模様）の円状対称アレイが、約半分の共振波長の厚みを有するＺｎＳ層内に製作された。データは、ほとんどの光源のスペクトル放射を、同等の性能を有する多層薄膜と比較しても薄い単純な構造に適合させるように、導波路共振フィルタを設計および製作することが可能であることを示す。
【００５９】
図２１は、ＣＣＦＬバックライトからの不連続の放射帯域を偏光させるように設計された偏光光学フィルタ装置６０を示す。３つの非偏光波長帯域７２，７４，７６は、垂直入射にて装置６０を照明する。本実施形態において、正弦プロフィールおよび線間隔Λである格子線から成る表面レリーフ構造６８は、基板１２の表面に製作される。これは、構造をプラスチック基板にエンボス加工するか、構造を、基板上に被覆されるポリマ層に複製することによって達成することができ、両技術は、図１５に示すものと類似する、低コスト大容量のロールツーロール複製プロセスを用いて実行される。その後、基板１２の表面構造６８は、層６４の上面に表面構造６６として表面構造６８を複製する材料層６４によってさらに被覆される。ここでも、材料の屈折率はｎ１＜ｎ３＞ｎ２に設定され、空気はｎ１＝１、ＺｎＳはｎ３＝２．４、およびガラスはｎ２＝１．４８である。格子構造６６，６８の深さおよびピッチ、ならびに均一層６４の厚みは、ＣＣＦＬ輝線に適合する３つの共振帯域をもたらすように調整される。モデルとしたパターンピッチは２３０ｎｍで、格子の深さは８０ｎｍで、層６４の厚みは３３５ｎｍである。
【００６０】
図２２は、可視スペクトルのＳ偏光（破曲線）およびＰ（実曲線）偏光の双方で照明されたときの偏光フィルタ６０の予測透過率を示す。４つの偏光帯域は、６１５ｎｍ、５４５ｎｍ、４８０ｎｍおよび４３０ｎｍの波長に中心があると予測され、Ｒ、Ｇ、Ｂ２およびＢと標示した、重なる灰色の帯域によって強調される。これらの帯域のうち、Ｓ偏光は、図２１の７２Ｓ、７４Ｓおよび７６Ｓによって示されるように、光源に戻る方向に反射される。図２１の符号７２Ｐ、７４Ｐおよび７６Ｐによって示されるように、Ｐ偏光だけが、それらの波長にて透過する。ＣＣＦＬ光源からのスペクトル放射もまた、図に重ねられている。５４０ｎｍのスペクトル線が装置６０によって適切に偏光されるだけであることに留意されたい。層６４の厚みとともに、格子６６、６８のピッチ、線幅、および深さを調整することによって、４３５ｎｍおよび６１０ｎｍにてＣＣＦＬスペクトル線を効果的に偏光し得る。
【００６１】
図２３は、偏光フィルタ構造の別の実施形態の、俯瞰、正面および断面図を示す。２つのタイプの構造が示されており、前述の実施形態で見られる線構造アレイが、長方形または正方形構造の２次元配列によって置き換えられている。図の左半分に、長方形のアレイが示されており、アレイ中の長方形の間隔は両方向ともに等しい。偏光効果を達成するのに必要とされる非対称の長方形構造は、断面図に示される、線対間隔の比、またはデューティサイクルの顕著な差異として見ることができる。方向１への偏光は、異なる共振状態に遭遇し、直交方向への偏光とは異なる波長にて反射する。このような長方形アレイは、従来の二光束干渉リソグラフィ技術を用いて製作することができ、２つの格子パターン露光は、フォトレジスト層が、１つの露光においてより広い特徴をもたらすように、露光間で９０度回転して、露光エネルギを変化させて行われる。
【００６２】
図２３の右半分は、２次元偏光フィルタアレイの別の実施形態を示す。この場合、均一構造層は１つの導波路構造に組合される。所望の非対称性は、直交方向に構造体のピッチを変化させることによって、対称性特徴を用いてもたらされる。これはまた、直交方向への偏光に比べて、一方向への偏光が異なる共振状態を与える。２次元アレイは、フィルタ帯域位置にわたるさらなる制御を可能にする、パターン対称性を変化させるために、付加パラメータの利点を提供する。
【００６３】
他の多くのタイプの非対称構造が、偏光フィルタを生産するのに適している。垂直またはテーパ側壁を有する錐体またはホールおよび楕円形基部などの構造を用いることができる。正方格子上の楕円ホールアレイは、直角三角形配置に三光束干渉リソグラフィを用いて容易にもたらされる。
【００６４】
前述の実施形態の１つの態様は、広いスペクトル成分の光によって照明されると、偏光帯域が反射ビームにおいて単離されるということである。透過中、偏光帯域は非偏光広帯域ビームに重なる。そのような装置は、当該技術において阻止フィルタとして知られる。いくつかのカラーフィルタアレイの適用において、透過ビームの波長帯域を偏光および単離し、他のすべての波長を反射することが所望される。これらの装置は、当該技術において透過フィルタとして知られる。一般に、透過フィルタは大角度の入射光に対して大きな耐性を有し、ＬＣＤの場合、非フィルタ処理光および非偏光は、偏光フィルタによって反射されると、バックライトコリメーティング（図１１の符号１３０，１４０）および分配膜において再利用することが可能である。この再利用は、より多くの光がＬＣＤを通過することを可能にするので、より明るいディスプレイを生み出す。
【００６５】
偏光表面構造透過フィルタは、非偏光を再利用するのに設計することが可能である。図２４は、ＣＣＦＬバックライトから放射された青色および緑色の光を、同時に偏光するために設計された偏光光学透過フィルタ９０を示す。前述の実施形態のように、装置は、基板１２上に造設された材料層の表面構造から成り、材料はｎ１＜ｎ３＞ｎ２の関係に従う。装置９０において、均一層９４が基板１２の上に堆積され、長方形プロフィールの線のアレイから成る構造層９５が、ｎ２に類似の屈折率の材料で、材料層９４の上に造設される。その後、構造層９５は、屈折率ｎ３の別の材料層によってさらに被覆され、表面構造９５は表面構造９６として複製される。この配置において、構造導波路層は、１つが構造層９６で１つが均一層９４である、高反射層間に位置し、ファブリ・ペロー空洞を作り出す。構造および均一導波路層９４，９５によって形成された空洞内で共振する光だけが透過する。導波路を形成する非対称構造では、波長の狭い範囲内のＳ−偏光だけが共振状態を満たし、透過する。空洞内で共振しない波長のＳ−偏光は、図に示されるビーム９２Ｓ内に反射される。Ｐ−偏光の空洞共振器は作られておらず、広帯域Ｐ−偏光はビーム９２Ｐとして透過する。波長の狭い範囲内のＰ−偏光について、均一導波路９４内で共振がもたらされ、これらの波長はＳ−偏光反射ビーム９２Ｓと重なって後方反射される。
【００６６】
図２４の設計によって、微細構造または微細構造配置によって配置される空洞共振器のいずれでも共振しない光は、波長の広い範囲で偏光される。したがって、特定の照明源のスペクトル成分に適合する共振帯域を有する偏光カラーフィルタをもたらす前述のすべての実施形態とは対照的に、図２４の設計は、照明源によって放射されない光の波長に共振帯域を配置することを必要とする。微細構造に基づいて広帯域反射偏光子を作り出す結果として、微細構造で共振する光の帯域幅を最小限に抑えること、および広帯域偏光機能だけを残して共振を効果的に抑制または最小化するという導波路の欠点を導入することさえも所望される。微細構造の導波路層間のコヒーレンスを最小限に抑えることで、３次元構造を、３つの軸すべてにおいて異なる平均屈折率を有するバルク材料として考えることができる。微細構造導波路の性質は、非常に少数の層が、多数の層および小さい屈折率変化で造設される装置と同等の機能を実行することを可能にする、大きな屈折率変化をもたらす。
【００６７】
図２５は、垂直入射にて装置９０に入射するＳ（破線）およびＰ（実線）偏光について、装置９０を通る予測透過率を示す。シミュレーションは、基板１２の屈折率ｎ２をガラスの１．５に等しくし、均一導波路層９４の屈折率をＺｎＳの２．４に等しくし、厚みを２８０ｎｍに設定した。構造層９５の屈折率ｎ３は１．５に設定され、全厚みが１１０ｎｍであり、そのうち８０ｎｍは長方形断面格子によって調節される。ＺｎＳは、厚み８０ｎｍの被覆材料９６の屈折率としても設定され、空気が、光が装置に入射する前に伝播する媒体として設定された。格子の間隔Λは２７５ｎｍに設定され、格子のデューティサイクルは５０％に設定された。４００ｎｍ〜８００ｎｍにわたる波長を含む広帯域白色光９２は、垂直入射にて装置に入射する。
【００６８】
前述のように、モデルによって予測される透過光の性質は、ＳおよびＰ偏光について顕著に異なる。Ｓ偏光については、２つの狭い波長帯域が透過するが、Ｐ偏光については、少しの狭い波長帯域が反射されるだけで、予測透過率は広帯域にわたって高い。本実施形態は、前述の実施形態よりもかなり広い波長範囲に及ぶ共振帯域の外側に位置する効果的な偏光帯域を示す。前述の図のように、偏光帯域はＧ、Ｂ２、ＢおよびＢ３と標示した灰色のバーによって強調される。ここでもＣＣＦＬスペクトルは図２５に重ねられている。６つのＣＣＦＬ輝線のうち４つが装置９０によって効果的に偏光されることに留意されたい。
【００６９】
図２６は、可撓性のプラスチックシート膜１２のロール上で、図２４の発明装置を生産するのに採用できる、共通の大量製造方法を説明する略図１８０を示す。プラスチックシート膜１２は、図２４の設計基準を満たす、ＰＥＴ、ポリカーボネートまたは他の材料であり、ＺｎＳなどのより高い屈折率の材料の均一層で被覆される。ＺｎＳ被覆プラスチックシート膜は、セキュリティホログラムおよびＩＤカードにおけるその使用によって、種々のソースから購入することが可能である。被覆プラスチックシート膜は、一連の円筒形ローラ１８６，１８８および１８４によって、システム１８０を通される。ローラ１８４は、ローラが回転するにつれて、レリーフ構造の繰り返しアレイをプラスチック層の表面にもたらすことができるように成形および配置される、周辺に一連の突起線１８２を含む。プラスチック層は最初、ローラ１８４とプラスチックシートとの間に、ホッパ１９２から液体１９４として分注され、その後、紫外線１８５にさらされて（または代わりに熱もしくは電子ビームにさらされて）固化される。ピールローラ１８６は、ドラムローラ１８４から硬化プラスチックを解放するように機能する。その後、微細構造シート膜は被覆チャンバ１９８に導入され、ＺｎＳなどの高い屈折率材料１９６の別の層が等角に頂部に堆積されて、表面レリーフ格子線間の溝が削り取られる。
【００７０】
図２７は、広帯域操作のため、および共振帯域数を削減するために設計された偏光微細構造フィルタ１７０を表す。モデルは、ＰＥＴ膜をシミュレートするために屈折率ｎ２＝１．６２の基板１２から成り、微細構造格子は、高い屈折率の材料（ＺｎＳをシミュレートするためにｎ３＝２．４である）から成り、ＰＥＴ膜基板の表面に組み込まれ、この微細構造は、３２０ｎｍの格子周期Λ、６０％の格子デューティサイクルおよび８５ｎｍの変調度を有する。硬化ポリマまたはエポキシ樹脂をシミュレートするためにｎ４＝１．５に設定された、より低い屈折率の材料１７５の層は、全厚みが１７０ｎｍになるまで、等角に構造１７４の頂部に被覆されて、格子構造１７４は層１７５の表面に複製される。２番目に高い屈折率材料（ＺｎＳをシミュレートするためにここでもｎ３＝２．４である）が、空気であるｎ１＝１の外部媒体によって囲まれる格子構造１７６をもたらすために、等角に８５ｎｍの厚みに堆積される。４００ｎｍ〜８００ｎｍにわたる波長を含む広帯域白色光１７２が、垂直入射にて装置に入射する。
【００７１】
図２８は、Ｓ偏光（破線）およびＰ（実線）偏光について、装置１７０を通る予測透過率を示す。２つの広い偏光帯域が、可視光スペクトルの緑色および赤色の領域において予測され、ＲおよびＧと標示した、重なる灰色の帯域によって強調される。これらの帯域のうち、Ｓ偏光は、図２７の符号１７２Ｓによって示されるように、光源に戻る方向に反射される。図２７の符号１７２Ｐによって示されるように、Ｐ偏光だけが、それらの波長にて透過する。ＣＣＦＬ光源からのスペクトル放射もまた、図に重ねられている。モデルは、装置１７０が、ＣＣＦＬ源によって放射された緑色および赤色の光を効果的に偏光し、偏光コントラストが、緑色の輝線において９０：１を超え、赤色の輝線について１００：１を超えるということを示す。偏光帯域の外側の青色の光は、平均約７０％が透過し、残りの３０％が光源に戻る方向に反射される。構造導波路層の厚みが削減されたことで、Ｓ−偏光の共振帯域は除去され、Ｐ−偏光の共振帯域は効果的に狭められ抑制されるということに留意されたい。
【００７２】
単純に格子間隔を３２０ｎｍから２６０ｎｍの周期に変更するだけで、図２８に示される偏光帯域は、図２９に示されるように青色および緑色スペクトル域にシフトすると予測される。前述のプロットのように、ＳおよびＰ偏光について、装置１７０を通る予測透過率は、それぞれ破線および実線によって示される。２つの広い偏光帯域および１つのあまり効果的でない偏光帯域は、可視光スペクトルの緑色および青色の領域において予測され、ＢＬ、Ｂ２およびＧと標示した、重なる灰色の帯域によって強調される。これらの帯域のうち、Ｓ偏光は、図２７の符号１７２Ｓによって示されるように、光源に戻る方向に反射される。図２７の符号１７２Ｐによって示されるように、Ｐ偏光だけが、それらの波長にて透過する。ＣＣＦＬ光源からのスペクトル放射もまた、図に重ねられている。モデルは、装置１７０が、ＣＣＦＬ源によって放射された青色の光のほとんどを効果的に偏光し、偏光コントラストが、９０：１を超えるということを示す。
【００７３】
図３０ａおよび３０ｂは、図２７の反射偏光フィルタ設計の製造手段を説明する。プロセスは、ＺｎＳ（ｎ３＝２．４）およびＳｉＯ２（ｎ４＝１．５）またはアクリル（ｎ４＝１．４８）から成る薄膜の３つの積層で被覆される、可撓性のプラスチックシート膜（ＰＥＴ、ｎ２＝１．６２）のロールから始まる。ＺｎＳ層の厚みｄ１は８５ｎｍに設定され、アクリル層の厚みｄ２は１７０ｎｍである。膜スタックおよび基板の断面が、被覆膜シートを通る可視帯域光の垂直入射透過率のプロットへの挿入図として示される。ＳおよびＰ偏光双方について透過率は一致し、偏光効果を示さないことに留意されたい。
【００７４】
図３０ｂは、図２７の格子構造を被覆ＰＥＴ膜に直接エンボス加工するように機能する、ロールツーロール製造システム２００を説明する。被覆ＰＥＴ膜は、円筒形ローラ１８８，１８６および２０４によって、システムを通される。ローラ１８８は、３つの膜層に、押し付けられる表面突起２０２を生じさせるのに充分な力で、ローラ２０４に対してＰＥＴ被覆膜を押圧し、一連の繰り返しの正方形断面の溝が、各膜層およびＰＥＴ膜の面に複製される。ピールローラ１８６は、マスタローラ２０２からエンボス加工された膜を解放するように機能する。
【００７５】
図３０ｂの製造プロセスによって、ＰＥＴ膜に隣接する材料層について、傾斜した溝の側壁および浅くした深さの構造体など、図２７の設計からの僅かな変更が予想される。これらの構造の各欠陥は、偏光コントラストを低下させることなくもたらされる狭帯域共振を抑制するように機能するだろう。図３１は、傾斜した側壁の溝および同等でない層の厚みを含むように改良された図２７の構造を通る可視帯域光の予測透過率を示す。他のすべてのパラメータは、図２９のモデルと同じままである。青色のスペクトル域における効果的な偏光帯域幅は、Ｐ−偏光について１つの共振を強く抑制して、ほぼ１００ｎｍに広がった。偏光帯域は網掛けの灰色領域によって示され、ＢＢと標示される。ここでも、重なるＣＣＦＬ放射スペクトルは、照明されたすべての青紫色の光の効果的な偏光を実現することが可能であるということを示す。図３１のモデルによって予測される性能を明らかにするために、図３２は発明構造からの可視光の予測反射率のプロットを示す。このプロットにおいて、破線で表わされるＳ−偏光は青紫色の波長について強く反射されるが、Ｐ−偏光の青紫色の光（実線）はほとんど反射されない。このプロットにおいてはまた、ＬＣＤ用に使用される標準的な光源の効果的な偏光を実現することが可能であるということを図解するために、共通の青色ＬＥＤの放射スペクトルが重ねられている。図３２は、図３１に示される曲線の逆曲線を示し、発明装置の性質に損失がなく、後方照明ＬＣＤの用途に使用されるときに光を再利用できる可能性を裏付けた。
【００７６】
反射偏光子１３６からの反射の結果としてのＬＣＤバックライトにおける光の再利用の概念は、Ｓ状態からＰ状態へ、またはＰ状態からＳ状態への反射偏光状態の交代に依存する。ＢＥＦ１３３，１３４および拡散膜１４４からの多重反射の後、偏光状態は、反射偏光子１３６によって反射される状態から反射偏光子１３６を透過する状態へ変換されるということが予想される。遮断状態から透過状態へ偏光状態を変換するために、少しの反射を必要とするだけの反射光もあれば、何百もの反射を利用して、光がシステム開口およびハウジングとは無関係である可能性を増加させる光もある。反射偏光子装置からの反射光の偏光状態のより迅速な変換を促進するために、位相遅延要素を採用することが可能である。発明装置の格子方向に対して４５度回転した異常光屈折率結晶軸によって方向づけられる、一軸結晶４分の１波長位相遅延要素をわずか２つ透過すると、光偏光状態が９０度回転し、Ｓ偏光をＰ偏光に、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する。本発明の別の目的は、反射偏光子と後方照明ＬＣＤの照明源との間に位置する４分の１波長位相遅延要素の取込みによって、開示された反射偏光子装置を通る増大した偏光の透過を提供することである。この目的は、標準的な延伸薄膜４分の１波長プラスチックシートを用いて、またはＰＥＴなどの適したプラスチック膜表面にサブ波長周期の、高アスペクト比格子をエンボス加工することによって、達成することが可能である。発明装置１７０は、好ましい実施形態において使用されるＰＥＴ基板の背面側に、エンボス加工された４分の１波長遅延構造などを取込む。
【００７７】
ここでも図２８，２９および３１を参照すると、偏光帯域の外側の透過率は高いので、図２８の装置の機能は、可視光スペクトル全体を効果的に偏光する広帯域反射偏光子装置をもたらすために、図２９または３０の装置と直列に組合せることができるということを示唆していることに留意されたい。図２８の装置を図２９または３０の装置と組合せることができる１つの方法は、図３０ａの膜スタックの両側に被覆されたＰＥＴ膜をエンボス加工することと、その後、膜の一方側に図２８の装置を、および膜の反対側に図２９または３０の装置を別々に、または同時にエンボス加工することとである。
【００７８】
図３３は、膜の両側の、図２７に示されるように基板を支持するＰＥＴ膜を通る可視光の予測透過率を示す。図２８および２９のモデルがシミュレートされ、図３３の結果をもたらした。Ｐ−偏光の透過率は実線で表わされ、Ｓ−偏光の透過率は破線で表わされる。ここでもＣＣＦＬ光源のスペクトルが図に含まれる。図は、ＣＣＦＬ源によって放射された光の全スペクトルが発明装置によって偏光され、かなり効果的な偏光が、強い赤色、緑色および青色の輝線についてもたらされるということを示す。これらの効果的な偏光帯域は、図において灰色の領域によって示されており、Ｂ１、Ｂ２、ＧおよびＲと標示される。スペクトルの青色の領域における透過率の低下が、光損失を示していないことに留意されたい。この領域の透過しない光は、ＬＣＤ光源に後方反射され、前述のように再利用することができる。
【００７９】
図３４はまた、膜の両側の、図２７に示されるように基板を支持するＰＥＴ膜を通る可視光の予測透過率を示す。組合せ構造による共振を抑制する効果を示すために、図３０のモデルは図２８のモデルと組合されて図３４の結果をもたらす。Ｐ−偏光の透過率は実線で表わされ、Ｓ−偏光の透過率は破線で表わされる。ここでもＣＣＦＬ光源のスペクトルが図に含まれる。図は、ＣＣＦＬ源によって放射された光の全スペクトルが発明装置によって偏光され、かなり効果的な偏光が、強い赤色、緑色および青色の輝線についてもたらされるということを示す。これらの効果的な偏光帯域は、図において灰色の領域によって示されており、Ｂ１、Ｂ２、ＧおよびＲと標示される。この設計によって、Ｐ−偏光透過率の共振ノッチの幅は、青色の領域において狭められ、抑制された。Ｓ−偏光の透過率はまた、共振光による微小ピークを有するだけの、２００ｎｍの帯域幅で顕著に低下した。特に、可視光に対する平均の偏光コントラストは８０：１を超える。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のある原則に従って近赤外光に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図２】図１に示される偏光光学フィルタモデルの予測反射率のプロットの図である。
【図３】図１に示されるモデルに従って製作されたプロトタイプの偏光光学フィルタ装置の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図４】図３に示される偏光光学フィルタ装置の測定反射率のプロットの図である。
【図５】図１に示される設計と厳密に適合するように構成された改良偏光光学フィルタ装置の測定反射率のプロットの図である。
【図６】本発明のある原則に従って緑色の光に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図７】図６に示される偏光光学フィルタモデルの予測反射率のプロットの図である。
【図８】本発明のある原則に従って青色および赤色の光に機能する２つの偏光光学フィルタ装置の予測反射率を示す混合プロットの図である。
【図９】当該技術において知られている原則に従うカラーフィルタの繰り返しアレイの平面図を示す図である。
【図１０】液晶ディスプレイ装置に通常使用される不連続のカラーフィルタの透過率を示すプロットの図である。
【図１１】背面照明型液晶ディスプレイの断面を表す図である。
【図１２ａ】液晶ディスプレイを照明するのに使用される光源のスペクトル分布のプロットを示す図である。
【図１２ｂ】液晶ディスプレイを照明するのに使用される光源のスペクトル分布のプロットを示す図である。
【図１３ａ】図６に示されるモデルに従って製作されたプロトタイプ偏光光学フィルタ装置のＳＥＭ画像を示す図である。
【図１３ｂ】図６に示されるモデルに従って製作されたプロトタイプ偏光光学フィルタ装置のＳＥＭ画像を示す図である。
【図１４ａ】図１３ａに示される偏光光学フィルタ装置の測定反射率のプロットの図である。
【図１４ｂ】図１３ｂに示される偏光光学フィルタ装置の測定反射率のプロットの図である。
【図１５ａ】本発明のある原則に従ってカラーおよび偏光識別装置において１つのピクセルを形成する、不連続な偏光カラーフィルタの設計を説明する図である。
【図１５ｂ】当該技術において知られる方法を用いて図１５ａの偏光カラーフィルタの連続複製を説明する略図である。
【図１６】本発明のある原則に従って青色および緑色の光に同時に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図１７】図１６に示される偏光光学フィルタモデルの予測透過率のプロットの図である。
【図１８】本発明のある原則に従って赤色、緑色および青色の光に同時に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図１９】図１８に示される偏光光学フィルタモデルの予測反射率のプロットの図である。
【図２０】本発明のある原則を説明する、先行技術の非偏光光学フィルタの測定反射率のプロットの図である。
【図２１】本発明のある原則に従って可視光に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図２２】図２１に示される偏光光学フィルタモデルの予測反射率のプロットの図である。
【図２３】本発明のある原則に従って可視光に機能するように設計された別の配置の偏光光学フィルタ装置の複数の略図である。
【図２４】本発明のある原則に従って青色および緑色の光の多重帯域に同時に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図２５】図２４に示される偏光光学フィルタモデルの予測透過率のプロットの図である。
【図２６】図２４に示される偏光光学フィルタ装置の連続大量複製方法を説明する略図である。
【図２７】本発明のある原則に従って赤色および緑色の光の多重帯域に同時に機能するように設計された偏光光学フィルタ装置の略図である。
【図２８】図２７に示される偏光光学フィルタモデルの予測透過率のプロットの図である。
【図２９】本発明のある原則に従って青色の光に機能するように構成された、図２７に示される偏光光学フィルタモデルの予測透過率のプロットの図である。
【図３０ａ】挿入断面図によって説明される、３つの均一材料層で被覆されたプラスチックフルムの予測透過率のプロットの図である。
【図３０ｂ】図２７に示される偏光光学フィルタ装置の連続大量複製方法を説明する略図である。
【図３１】図２７に示されるモデルに基づく改良偏光光学フィルタモデルの予測透過率のプロットの図である。
【図３２】図２７に示されるモデルに基づく改良偏光光学フィルタモデルの予測反射率のプロットの図である。
【図３３】本発明のある原則に従う図２７の設計の２つの偏光光学フィルタを通る予測透過率のプロットの図である。
【図３４】本発明のある原則に従う図２７の設計の２つの偏光光学フィルタを通る予測透過率のプロットの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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