(57)【要約】  ＬＣＯＳプロジェクション・システム用の光源は、真空キャビティ（１１２）、この真空キャビティの第１面上の電界放出ディスプレイ・ポイント・アレイ（１０２）およびこの真空キャビティの第２面上の共振マイクロキャビティ・アノード・アレイからなる。この電界放出ディスプレイ・ポイントは、共振マイクロキャビティ・アノード・アレイを励起するのに使用する電子放出器であり、それにより、選択した色の光が排他的に発生される。この光をＬＣＯＳ装置を介し投影して画像を生成する。スクリーン上に投影する画像を拡大し結像させる投影レンズ（２１６）が設けられる。
2005512155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御可能な画素を規定する画像形成装置（２１２）と、
選択した色の光を排他的に発生する光源（２０２、２０４、２０６）であって、前記画像形成装置を介し前記光を伝送して画像を生成するように配置された光源と、
スクリーン上に投影する前記画像を拡大し結像させる投影レンズ（２１６）とを備える投写型ディスプレイ・ユニットであって、
前記光源が、能動領域を備えた共振マイクロキャビティ・アノード（１０４）を励起する電界放出装置からなり、前記能動領域に、前記選択した色の光を放出する蛍光体（１０６）が配置された、投写型ディスプレイ・ユニット。
【請求項２】
前記画像形成装置が、ＬＣＯＳ装置である、請求項１に記載の投写型ディスプレイ・ユニット。
【請求項３】
３つの前記画像形成装置（２１２）が設けられ、３つの前記電界放出装置（２０２、２０４、２０６）が設けられ、前記電界放出装置がそれぞれ、３種類の別個の色の画像を生成するそれぞれの前記画像形成装置の１つを介して投影される別個の色の光を排他的に発生する、請求項１に記載の投写型ディスプレイ・ユニット。
【請求項４】
前記３つの電界放出装置がそれぞれ、赤、緑および青の光を発生する、請求項３に記載の投写型ディスプレイ・ユニット。
【請求項５】
光合成器（２１４）を更に備え、前記光合成器が、前記別個の色の各画像を合成して単一のコンポジット画像を生成する、請求項４に記載の投写型ディスプレイ・ユニット。
【請求項６】
真空キャビティ（１１２）と、
前記真空キャビティの第１面上の電界放出ディスプレイ・ポイント・アレイ（１０２）と、
選択した色の光を発生する前記真空キャビティの第２面上の共振マイクロキャビティ・アノード・アレイ（１０４）とを備えるＬＣＯＳ投写型システム用の光源であって、
前記電界放出ディスプレイ・ポイントが、前記共振マイクロキャビティ・アノード・アレイを励起して前記選択した色の光を排他的に発生するのに使用する電子放出器である、光源。
【請求項７】
前記光がＬＣＯＳ装置を通って投影され、それにより画像が生成されるように前記共振マイクロキャビティ・アノード・アレイを配置する、請求項６に記載の光源。
【請求項８】
スクリーン上に投影する前記画像を拡大し結像させる投影レンズ（２１６）を更に備える、請求項７に記載の光源。
【請求項９】
選択した色の光を排他的に放出するように構成された共振マイクロキャビティ・アレイを励起するステップと、
複数の制御可能な画素を規定するＬＣＯＳ画像形成装置を介して前記光を投影して画像を生成するステップと、
前記画像をレンズにより拡大し結像させてスクリーン上に投影するステップとを含む、画像を表示する方法。
【請求項１０】
前記選択した色の前記光で生成された前記画像と、前記第１の選択した色とは異なる第２の選択した色の少なくとも１つの他の画像とを光学的に合成するステップとを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
赤、緑および青からなる群から前記色を選択する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型（プロジェクション型、投射型）ディスプレイ装置に関し、より詳細には、このようなディスプレイ用照明系の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン基板上の液晶）は、シリコン・ウエハ上に生成した１つの大型液晶とみなすことができる。このシリコン・ウエハは、微小プレート電極からなるインクリメンタル・アレイ（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ａｒｒａｙ）に分割される。この液晶の微小インクリメンタル領域は、各微小プレートおよび共通電極により発生される電界の影響を受ける。このような各微小プレートおよびそれに対応する液晶領域を合わせて画像形成装置（ｉｍａｇｅｒ：イメージャ）のセル（ｃｅｌｌ）と称する。各セルは、個々に制御可能な画素に相当する。各組の共通電極と可変プレート電極により画像が生成される。
【０００３】
ＬＣＯＳ画像形成装置に供給される光、即ち、画像形成装置の各セルに供給される光は、電界により偏光される。各液晶セルは、プレート電極によりセルに印加される電界のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：自乗平均の平方根）値に応じて入力光の偏光を回転させる。
【０００４】
ＬＣＯＳ画像形成装置を利用したプロジェクション型（投写型）エンジンを作製するのに用いることができる技術が、多数存在する。１つの方法は、画像形成装置にディジタル信号を印加して、画像が生成される構成で画素を配置することである。画像を生成するためには、光源からの光を、画像形成装置により規定した画素を通過させ、反対側の反射面で反射させる。この反射光は、それが発せられた方向に画像形成装置を射出する。この反射光は、画像を拡大しスクリーン上に結像させるレンズを通過する。
【０００５】
３つの画像形成装置の組合せを利用するカラー・ディスプレイを、ＬＣＯＳ画像形成装置を使用して作製する。このようなカラー・ディスプレイを作製する一方法では、一連のプリズムを合わせて立方体（ｃｕｂｅ）を生成したものを利用する。この立方体に光が入射すると、この光は３本のビームに分割され、これらのビームがそれぞれ３つの画像形成装置のそれぞれに向けて送られる。各ディスプレイは、それに付随する赤（ｒｅｄ）、緑（ｇｒｅｅｎ）または青（ｂｌｕｅ）のフィルタを有し、それにより、１色だけが各画像形成装置に送られる。次いで、各画像形成装置を、それに対応する色の正しい画像に関連づけられたディジタル信号で駆動する。赤、緑および青の光はそれぞれ、画像形成装置の１つを通過し、次いで、反射面により反射されて再度画像形成装置を通過する。この画像形成装置は、ある特定のセルを通過する光の偏光を選択的に変化させ、次いで、適切な偏光フィルタを用いてこれらの光を透過または遮断する。透過することができる光により画像が生成される。各色ごとに生成された画像を立方体内で合成して、投影すべき最終的なカラー画像を生成する。
【０００６】
現在、ＬＣＯＳなどの投射型ディスプレイの主要な問題の１つは、適当な照明光源がないことである。既存の技術では非効率且つ短寿命であり、光を利用可能な形態に変換する大がかりな光学系が必要である。上記問題を解決するのに現在最も一般的なのは、高圧アーク・ランプを用いることである。この高圧アーク・ランプが業界標準になっている主な理由は、このランプが妥当な寿命を有するということだけである。例えば、典型的な高圧アーク・ランプの寿命は、平均１０，０００時間である。
【０００７】
高圧アーク・ランプによりもたらされる利点にもかかわらず、それらには多くのマイナス面もある。例えば、高圧アーク・ランプでは、エテンデュー（ｅｔｅｎｄｕｅ：放射束密度と放射または受光表面積の積）を得るために極めて小さいアークが必要である。これは、光源の寿命が短くなることを意味し、一般に、投写型ディスプレイの寿命の間に、数回電球を交換する必要がある。
【０００８】
高圧アーク・ランプの別の大きな欠点は、発生される出力の性質に関するものである。特に、これらの光源は、スペクトル出力の点で本質的に広帯域である。即ち、投影に役立つ原色光（赤、緑、青）に加えて、発生される出力は、可視スペクトル中の望ましくない成分のみならず、赤外成分および紫外成分も含むことになる。このような光を処理するのに使用する色フィルタが非効率なことから、やはり色の帯域が比較的広くなり、従って、色空間が比較的狭くなる。
【０００９】
別の問題は、高圧アーク・ランプにより生成されるランダム偏光、即ち混合偏光状態に関するものである。一般に、ＬＣＯＳなどの非ＣＲＴ投写型ディスプレイでは、特定の偏光が必要であり、従って、偏光の分離を行う光学系コンポーネントを設ける必要がある。同様に、ランプから発せられる光は、本質的に白色なので、赤、緑および青の光を発生するのに必要な専用の二色性（ｄｉｃｈｒｏｉｃ：ダイクロイック）フィルタを設ける必要がある。広がりを大きくするために、結像ビームを均一な矩形照明に変換するインテグレータ（ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）およびコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）からなる複雑な系も必要である。当然ながら、これらの追加の構成部品により、このようなディスプレイのコストおよび複雑さが増加する。また、この光学ディスプレイのサイズおよび重量も増加する。最後に、このようなシステムに固有な使用されない光エネルギーにより、投影系で生成される熱が増加する。
【００１０】
このようなシステムのコストおよび複雑さを低減し、画質を改善させる試みとして、こうした従来技術の問題が回避されるシステムを提供することが望ましい。従って、当技術分野では、高圧アーク・ランプを用いる既存のシステムよりも熱の発生が少ない非ＣＲＴディスプレイ用の光源が求められている。更に、当技術分野では、光学系がコンパクトで、信頼性が高く、複雑な光の伝送経路の必要がないシステムが求められている。
【００１１】
本発明に組み込むことができるマイクロキャビティ共振器（ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）は、以前から存在しているものである。マイクロキャビティ共振器は、それらの中に位置する発光中心の減衰率、方向特性および周波数特性を制御する固有の機能を有する一般的構造の一例である。発光中心の光学的な挙動を変更するには、自然放出および誘導放出の基本的な構造の変更が必要である。物理的には、マイクロキャビティ共振器のような構造は、光の１波長未満から数１０波長までの寸法を有する光学共振キャビティである。一般に、これらは、薄膜技術を用いて１つの集積構造として作製する。レーザ応用には、平面だけでなく半球形の反射器を含むマイクロキャビティを構成する。
【００１２】
例えば、ジェイコブソン氏外（Ｊａｃｏｂｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ）の米国特許第５，４６９，０１８号、ジェイコブソン氏外（Ｊａｃｏｂｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ）５，８０４，９１９号およびジャフィ氏外（Ｊａｆｆｅ  ｅｔ  ａｌ）６，１９８，２１１号並びにジャフィ氏外（Ｊａｆｆｅ  ｅｔ  ａｌ）著の「Ａｖｉｏｎｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  Ａｎｏｄｅｓ」という名称の論文に共振マイクロキャビティ型ディスプレイまたはＲＭＡ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  Ａｎｏｄｅ：共振マイクロキャビティ・アノード）がより詳細に記載されている。共振マイクロキャビティ・アノード（ＲＭＡ）の制御された光の出力では、ファブリ・ペロ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）共振器内部の薄膜蛍光体を利用する。単色ＲＭＡの構造は、共振マイクロキャビティ内に埋め込まれた薄膜蛍光体を有する表面プレートからなり得る。蛍光粉体を用いる従来型ＣＲＴまたはＦＥＤ構成に比べてＲＭＡ構成を用いることの利益が、上記で説明した参照文献にはっきりと記載されている。
【発明の開示】
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、ＬＣＯＳ投写型システム用の光源に関するものである。この光源は、真空キャビティ、この真空キャビティの第１面上の電界放出ディスプレイ・ポイント・アレイおよびこの真空キャビティの第２面上の共振マイクロキャビティ・アノード・アレイからなる。この電界放出ディスプレイ・ポイントは、共振マイクロキャビティ・アノード・アレイを励起するのに使用する電子放出器であり、それにより、選択した色の光が排他的に発生される。
【００１４】
一実施形態によれば、この共振マイクロキャビティ・アノードは、その光がＬＣＯＳ装置を通って投影され、それにより画像が生成されるように配置する。スクリーン上に投影する画像を拡大し結像させる投影レンズも設けることができる。
【００１５】
本発明は、画像を表示する方法にも適している。この方法は、共振マイクロキャビティ・アレイを励起して選択した色の光を排他的に放出させるステップと、複数の制御可能な画素を規定するＬＣＯＳ画像形成装置を介して光を投影して画像を生成するステップとを含み得る。この画像は、レンズを使用して拡大し結像させることができ、それにより、画像をスクリーン上に比較的容易に投影する。この方法は、選択した色の光で生成された画像と、第１の選択した色とは異なる第２の選択した色の少なくとも１つの他の画像とを光学的に合成することも含み得る。この場合には、光源の色を、赤、緑および青からなる群から有利に選択して、フル・カラー画像を生成する。代替態様によれば、本発明は、投写型ディスプレイ・ユニットを備え得る。このディスプレイ・ユニットは、制御可能な画素アレイを有するＬＣＯＳ装置などの画像形成装置を含んでいる。このユニットは、選択した色の光を排他的に発生する光源も含んでいる。この光源は、画像形成装置を介し光を伝送して画像が生成されるように配置することができ、この画像を拡大し結像させるレンズにより画像を投影する。この光源が、能動領域を備えた共振マイクロキャビティを励起する電界放出装置からなることが有利である。能動領域には、光を放出する蛍光体が配置されている。
【００１６】
この投写型ディスプレイ・ユニットの好ましい実施形態によれば、３つの画像形成装置および３つの電界放出装置を提供し得る。この場合、各電界放出装置は、３種類の別個の色の画像を生成するそれぞれの画像形成装置の１つを介して投影される別個の色の光を排他的に発生する。例えば、これら３つの電界放出装置はそれぞれ、赤、緑および青の光を発生し得る。このシステムは、別個の色の画像をそれぞれ合わせて合成して単一のコンポジット画像を生成する光合成器も含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ：電界放出（電界効果電子放出）ディスプレイ）は、グリッド（格子）上に配置した電子放出器を「冷」陰極により個々に制御して色の付いた光を発生するフラット・パネル・ディスプレイの一種である。従来型の電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）装置は、米国  ９５１１９  カリフォルニア州  サンノゼ  サン・イグナチオ・アベニュー（Ｓａｎ  Ｉｇｎａｃｉｏ  Ａｖｅ．）６３２０番地所在のカンデセント・テクノロジー（Ｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ）社を含めて様々な会社から市販されている。
【００１８】
図１は、本発明と共に使用し得るＲＭＡ（共振マイクロキャビティ・アノード）型電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）装置１００の動作を理解するのに役立つ図である。電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）装置１００は、シリコン基板１１４上に配置した放出器アレイ１０２から生成したカソード１０１からなる。ＲＭＡ型アノード１０４は、カソードから離間させ、ガラス１０８の後ろに配置する。好ましくは、このアノードは、誘電体ミラー１１０間に生成することができる薄膜蛍光体１０６からなる。電子１１８により薄膜蛍光体１０６が励起されると、ガラス１０８を通って矢印１１６の方向に光が放出される。アノード１０４に向けて送られる電子１１８の強度を変調する制御グリッドを設けることもできる。
【００１９】
電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）における共振マイクロキャビティ・アノード（ＲＭＡ）の使用は、周知のことである。例えば、ジェイコブソン氏外（Ｊａｃｏｂｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ）米国特許第５，４６９，０１８号、ジェイコブソン氏外（Ｊａｃｏｂｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ）５，８０４，９１９号およびジャフィ氏外（Ｊａｆｆｅ  ｅｔ  ａｌ）６，１９８，２１１号並びにジャフィ氏外（Ｊａｆｆｅ  ｅｔ  ａｌ）著の「Ａｖｉｏｎｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ  Ａｎｏｄｅｓ」という名称の論文に共振マイクロキャビティ型ディスプレイ、即ち共振マイクロキャビティ・アノード（ＲＭＡ）がより詳細に記載されている。しかし、一般に、ＦＥＤ型ディスプレイは、エミッタ・アレイ（ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｒｒａｙ）を構成する個々に制御可能なエミッタを使用して画像を直接生成する応用例で使用されてきた。これと比較すると、本発明は、ＲＭＡ型ＦＥＤを利用して、比較的強度が大きく、スペクトル純度が良好な選択した波長の光源を提供する。特に、本発明は、以下でより詳細に説明するように、ＬＣＯＳ型ディスプレイにおいて共振マイクロキャビティ・アノード型電界放出ディスプレイ（ＲＭＡ型ＦＥＤ）を利用する。
【００２０】
図２は、本発明を説明するのに役立つブロック図である。本発明は、高圧アーク・ランプを色フィルタと組み合わせて利用し、それにより、ＬＣＯＳディスプレイ用の光を発生する従来型のＬＣＯＳディスプレイとは異なる。その代わりに、選択した波長および強度の光を直接生成するように、１つまたは複数のＲＭＡ型ＦＥＤ２０２、２０４、２０６を配置する。例えば、好ましい実施形態では、各ＦＥＤを選択して、赤、緑および青の光の何れか１つを生成する。電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）２０２、２０４、２０６により生成された光は、各ＦＥＤごとに連結して設けられた偏光ビーム・スプリッタ２０８を通過する。各偏光ビーム・スプリッタ２０８を通過した光は、１／４波長板２１０を通過し、それぞれのＬＣＯＳ画像形成装置を通過して画像を生成する。この光は、反射してＬＣＯＳ画像形成装置２１２を再度通過し、それぞれの色の光について示すように、偏光ビーム・スプリッタ２０８で反射し、従来型の交差型ダイクロイック（二色性）合成器２１４に向かう。この交差型ダイクロイック合成器により、反射画像が合成され、投影レンズ２１６に向けて送られる。
【００２１】
この共振マイクロキャビティ・アノード型電界放出ディスプレイ（ＲＭＡ型ＦＥＤ）光源により、幾つかの大きな利点が得られる。このＦＥＤユニットは、高圧アーク・ランプに比べて有効寿命がかなり長く、発生する熱も少ない。また、この手法により、高圧アーク・ランプにより発生される照明を、赤、緑および青に分離する色フィルタの必要が回避される。最後に、このＲＭＡ型ＦＥＤにより生成される光は、従来型の色フィルタ処理技術を用いて実現可能なものに比べてスペクトル純度が高い。このように、本明細書で説明したＦＥＤによる手法を用いると、かなり広い色空間が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】共振マイクロキャビティ型電界放出ディスプレイの概念を示すのに役立つ図である。
【図２】ＬＣＯＳディスプレイ用の光源として共振マイクロキャビティ型電界放出ディスプレイをどのように使用することができるかを示すのに役立つブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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