(57)【要約】  入射光を異なる特性を有す第１の部分及び第２の部分に分離する光学分離フィルタ。この分離フィルタは、漏斗状構造体（Ｆ１）に構成される反射型フィルタ（ＦＲ）を有する。構造体（Ｆ１）の各々は、入射光を受ける入口領域（ＩＡ１）と、入口領域（ＩＡ１）よりも小さく反射した入射光（ＲＬ）を出口領域（ＯＡ１）に向けて集中させる出口領域（ＯＡ１）とを有する。構造体（Ｆ１）は、第１の特性（Ｃ１）を有する光をそれぞれの第１の出口領域（ＯＡ１）に向けて反射し、第２の特性（Ｃ２）を有する光をそれぞれの第２の出口領域（ＯＡ２）に向けて透過させるように構成された漏斗状構造体（Ｆ１）の第１のグループを有する。
2008502936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を異なる特性を有する第１の部分及び第２の部分に分離するための光学分離フィルタであって、漏斗状構造体に構成される反射型フィルタを有し、前記漏斗状構造体の各々は、前記入射光を受けるための入口領域と、前記入口領域よりも小さい出口領域と、反射した入射光を前記出口領域に向けて集中させるための前記出口領域に向かって小さくなる距離を有する壁部とを有し、前記構造体は、第１の特性を有する光をそれぞれの第１の出口領域に向けて反射し、第２の特性を有する光をそれぞれの第２の出口領域に向けて透過させるように構成される漏斗状構造体の第１のグループを有する、光学分離フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学分離フィルタであって、前記第１のグループは、前記第２の出口領域に及ぶ複数の第１の光学フィルタを形成するように構成される、フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の光学分離フィルタであって、第２のグループの漏斗状構造体に構成される他の反射型フィルタをさらに有し、当該第２の構造体の各々は、前記入射光を受けるための第２の入口領域と、前記第２の入口領域よりも小さい第２の出口領域であって反射した入射光を当該第２の出口領域に向けて集中させるようにしたものとを有し、前記第１のグループの漏斗状構造体は、第１の特性を有する光をそれぞれの第１の出口領域に向けて反射し、第２の特性を有する光を前記第２のグループの漏斗状構造体のそれぞれの第２の出口領域に向けて透過するように構成され、前記第２のグループの漏斗状構造体は、前記第２の特性を有する光をそれぞれの第２の出口領域に向けて反射し、前記第１の特性を有する光をそれぞれの第１の出口領域に透過するように構成される、フィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１のグループは、前記第２の出口領域に及ぶ複数の第１の光学フィルタを形成するように構成され、前記第２のグループは、前記第１の出口領域に及ぶ複数の第２の光学フィルタを形成するように構成される、フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の光学フィルタは、多角形状の底面を持つ多角形構造体を有し、前記入射光に向かう方向において、前記底面に平行な断面は、１次元又は２次元的に漸次狭小化する、フィルタ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学分離フィルタであって、前記多角形構造体は、前記第２の出口領域に向けて方向づけられた底面を有する錐状部を有する、フィルタ。
【請求項７】
請求項４に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の光学フィルタは、前記第２の出口領域に向けて方向づけられた底面を有しかつ全てが第１の高さを有する錐状部を有し、前記第２の光学フィルタは、前記第１の出口領域に向けて方向づけられた底面を有しかつ全てが前記第１の高さとは異なる第２の高さを有してそれらの底面に対してそれぞれ第１の角度及び第２の角度の側壁を有する第１及び第２の錐状部を得るようにし当該第１及び第２の角度が異なるものとしている錐状部を有する、フィルタ。
【請求項８】
請求項４に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の光学フィルタは、前記第２の出口領域に向けて方向づけられた底面を有しかつ全てが第１の寸法を有する第１の錐状部を有し、前記第２の光学フィルタは、前記第１の出口領域に向けて方向づけられた底面を有しかつ全てが前記第１の寸法とは異なる第２の寸法を有してそれらの底面に対してそれぞれ第１の角度及び第２の角度の側壁を有する第１及び第２の錐状部を得るようにし当該第１及び第２の角度が異なるものとしている第２の錐状部を有する、フィルタ。
【請求項９】
請求項３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１のグループの漏斗状構造体及び第２のグループの漏斗状構造体は、前記第１及び第２の漏斗状構造体の側壁にそれぞれ構成された第１のスタックの層と第２のスタックの層とを有し、前記第１及び第２のスタックの双方の連続する層は、異なる屈折率を有する、フィルタ。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の光学分離フィルタであって、前記第１及び第２の光学フィルタは、前記第１及び第２の錐状部の側壁にそれぞれ構成された第１のスタックの層と第２のスタックの層とを有し、前記第１及び第２のスタックの双方の連続する層は、異なる屈折率を有し、前記第１及び第２のスタックの双方は、同じ順序に並べられた同じ数の層を有し、前記第１のスタックの層の第１の厚さは、前記第２のスタックの層の第２の厚さとは異なる、フィルタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の角度及び第２の角度は、前記第２の光学フィルタの１次反射ピークとは異なる波長において１次反射ピークを有する第１の光学フィルタを得るため、前記第１の厚さ及び前記第２の厚さそれぞれを得るように選択される、フィルタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の角度は、前記第２の光学フィルタの１次反射ピークよりも長い波長において生じる前記第１の光学フィルタの１次反射ピークを得るように前記第２の角度よりも小さい、フィルタ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の角度は、前記第２の光学フィルタの１次反射ピークよりも短い波長において前記第１の光学フィルタの２次反射ピークを得るように前記第２の角度よりも小さい、フィルタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の光学フィルタの前記１次反射ピークは、光の可視域外にある、フィルタ。
【請求項１５】
請求項５に記載の光学分離フィルタであって、前記底面の形状は、三角形、長方形、正方形、五角形又は六角形である、フィルタ。
【請求項１６】
請求項６に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の出口領域の特定の１つは、第１の出口領域と第２の出口領域との交番するパターンを得るように第２の出口領域により取り巻かれている、フィルタ。
【請求項１７】
請求項３に記載の光学分離フィルタであって、
第３の出口領域であって、前記第１のグループの漏斗状構造体がさらに、前記第１の特性を有する光を前記第３の出口領域に向けて反射し、前記第２の特性を有する光を透過するように構成され、前記第１の特性を第１の色とし、前記第２の特性を前記第１の色とは異なる第２の色とした、第３の出口領域と、
前記第３の出口領域に向けて方向づけられた光をフィルタ処理するための第１の吸収性カラーフィルタと、
前記第１の出口領域に向けて方向づけられた光をフィルタ処理するものであって、第１、第２及び第３の出口領域に入る光の色を異なるものとした第２の吸収性カラーフィルタと、
をさらに有するフィルタ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学分離フィルタであって、前記第２の出口領域に向けて方向づけられた光をフィルタ処理する第３のカラーフィルタをさらに有する、フィルタ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の光学フィルタは、前記第１及び第３の出口領域の対応するものと関連づけられた錐状部を有し、これら錐状部の底面は、前記第１及び第３の出口領域に向けてそれぞれ方向づけられる、フィルタ。
【請求項２０】
請求項４に記載の光学分離フィルタであって、前記第１のグループの漏斗状構造体のうちの少なくとも１つの漏斗状構造体は、
前記第１の特性を有する光を反射し前記第２の特性を有する光を透過する第１のセクションと、
前記第１及び第２の特性の双方を有する光について反射性のある第２のセクションと、
を有する、フィルタ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光学分離フィルタであって、前記第１及び第２の特性の双方を有する光について反射性のある前記第２のセクションは、当該第１及び第２の出口部が配される平面に略直角に構成される、フィルタ。
【請求項２２】
請求項２０に記載の光学分離フィルタであって、
第３の出口領域であって、前記第１及び第２の特性の双方を有する光について反射性のある少なくとも２つの略垂直配置された第２のセクションの間に構成され、前記第１の特性を第１の色とし、前記第２の特性を前記第１の色とは異なる第２の色とした、第３の出口領域と、
前記第３の出口領域に向けて方向づけられた光をフィルタ処理するための第１の吸収性カラーフィルタであって前記第１、第２及び第３の出口領域に入る光の色を異なるようにした第１の吸収性カラーフィルタと、
をさらに有するフィルタ。
【請求項２３】
請求項３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１のグループの漏斗状構造体及び第２のグループの漏斗状構造体は、前記出口領域が配される出力面に平行な第１の面に配され、当該光学分離フィルタは、前記出力面と平行な第２の面においてかつ前記第１の面と前記出力面との間に配される第３のグループの漏斗状構造体及び第４のグループの漏斗状構造体をさらに有し、前記第３のグループ及び第４のグループは、前記入射光を少なくとも３つの異なる特性を有する光に分離するように前記第１のグループ及び前記第２のグループと共働作用するように構成されている、フィルタ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光学分離フィルタであって、
前記第１の面は、三角形の底面と、赤色、緑色及び青色光をそれぞれ反射し、緑及び青色光と赤及び青色光と赤及び緑色光とをそれぞれ透過する３つの異なる反射型カラーフィルタを備えた３つの側面と、前記第２の面に向けて方向づけられた頂部とを有する第１の角錐状構造体を有し、
前記第２の面は、五角形の底面と、他の反射型カラーフィルタを備えた５つの側面と、前記第１の面に向かって方向づけられかつ前記頂部の一方と他方との間に位置づけられた他の頂部とを備えた第２の角錐状構造体を有し、
前記他の反射型カラーフィルタは、
（ｉ）前記第２の角錐状構造体のうちの同じ１つのものの平面については同じであり、隣接の角錐状構造体については異なり、前記他の反射型カラーフィルタは、赤、緑、青色光のそれぞれについて透明であり、緑及び青色光、緑及び赤色光、青及び赤色光についてはそれぞれ反射性があるようにされるか、又は
（ｉｉ）赤、緑及び青色光をそれぞれ反射し緑及び青色光、赤及び青色光、並びに赤及び緑色光それぞれを透過する反射型カラーフィルタより選択される他の反射型カラーフィルタのうちの異なる２つのものを有する異なる３つの第２の角錐状構造体を得るように、前記第２の角錐状構造体のうちの同じ１つのものの隣接する側面ついて異なりかつ交互に配されるようにした、
フィルタ。
【請求項２５】
請求項１ないし２１のうちいずれか１つ又は請求項２３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の特性は、第１の色であり、前記第２の特性は、前記第１の色とは異なる第２の色である、フィルタ。
【請求項２６】
請求項１ないし２１のうちいずれか１つ又は請求項２３に記載の光学分離フィルタであって、前記第１の特性は、第１の偏光状態であり、前記第２の特性は、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態である、フィルタ。
【請求項２７】
請求項１に記載の光学分離フィルタを有する表示パネルであって、前記第１の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第１の画素部に関連づけられ、前記第２の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第２の画素部に関連づけられている、表示パネル。
【請求項２８】
請求項１７又は２１に記載の光学分離フィルタを有する表示パネルであって、前記第１の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第１の画素部に関連づけられ、前記第２の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第２の画素部に関連づけられ、前記第３の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第３の画素部に関連づけられている、表示パネル。
【請求項２９】
請求項２７に記載の表示パネルであって、当該ディスプレイは、マトリクスディスプレイを有する、表示パネル。
【請求項３０】
請求項２７ないし２８のうちいずれか１つに記載の表示パネルと、画像情報を前記パネルに供給する回路とを有する表示装置。
【請求項３１】
請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の光学分離フィルタを有するソーラパネルであって、前記第１の出口領域は、当該ソーラパネルのそれぞれの第１のソーラセルに関連づけられ、前記第２の出口領域は、当該ソーラパネルのそれぞれの第２のソーラセルに関連づけられている、ソーラパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学分離フィルタ、この光学分離フィルタを有する表示パネル、この表示パネルを有する表示装置及びこの光学フィルタを有するソーラーパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
２０００年３月１日付けのAPPLIED OPTICS, Vol. 39, No. 7において公表されたFu-Jen Ko氏及びHan-Ping David Shieh氏による"High-efficiency micro-optical color filter for liquid-crystal projection system applications"なる刊行物には、液晶（ＬＣ）投射システムのためのカラーフィルタが開示されている。このカラーフィルタは、マイクロプリズムアレイと光学干渉カラーフィルタとＬＣ投射システムの光学的スループットを向上させるマイクロレンズアレイ光コンプレッサとによって構成されている。この装置は、当該スペクトルのエネルギをそれぞれの色画素領域に分散させることによってスペクトル全体のエネルギを利用している。このマイクロプリズムアレイカラーフィルタは、４５°−９０°−４５°のプリズムアレイによって構成される。各プリズムは、副画素を構成し、３つの原色を分離するためにダイクロイックフィルタのぞれぞれの１つで被覆された斜辺の面を有する。この斜辺の面は、４５°の角度で構成され、当該ダイクロイックフィルタは、当該斜辺の面と４５°の角度を有する入射光を異なるダイクロイックフィルタの隣接した斜辺の面に反射する。後者の斜辺の面は、画素に向かって光を反射する。最初に述べたダイクロイックフィルタを通じて透過される光は、当該画素の他の１つに到達する。
【０００３】
この構造は、全内部反射を用いるが、この全内部反射は、当該入射光の全ての角度で得られない。したがって、あらゆる角度から差し向けられた全ての光が当該出力領域に正しく送られる訳ではない。拡散型散乱ディスプレイが（例えばｅインクとして）用いられる場合、このことは、戻り光がこれ以上平行化（コリメート）されないので、当該構造の効率を低下させることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、適正な画素に届く入射光の量を増やし、当該構造の許容角度を大きくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、請求項１に記載されているような光学分離フィルタを提供する。本発明の第２の態様は、請求項２７に記載されているような表示パネルを提供する。本発明の第３の態様は、請求項３０に記載されているような表示装置を提供する。本発明の第４の態様は、請求項３１に記載されているようなソーラーパネルを提供する。効果的な実施例は、従属請求項に規定されている。
【０００６】
本発明の第１の態様による光学分離フィルタは、入射光を異なる特性を有する第１及び第２の部分に分離し平行化（コリメート）する。この異なる特性は、異なる色（したがってスペクトルの異なる部分）又は異なる偏光状態とすることができる。当該分離フィルタは、漏斗状構造に構成された反射型フィルタを有する。これらの構造の各々は、入射光を受ける入口領域と、この入口領域よりも小さい出口領域とを有する。当該構造体の壁部は、入射光の一部を反射し、入射光の他の部分を透過する。この反射した光は、第１の特性を有し、透過した光は第２の特性を有する。これらの壁部は、反射した入射光を出口領域に向かって集束するように出口領域に向かって互いに漸減する距離を有する。このように、漏斗状構造体の壁部は、入口領域から出口領域へ相互に向かう形で収束していくものであり、したがって、先に参照した従来技術の刊行物に開示されているように平行に延びるものではない。当該構造体は、それらそれぞれの第１の出口領域に向かって第１の特性を有する光を反射しそれぞれの第２の出口領域に向かって第２の特性を有する光を透過するように構成された漏斗状構造体の第１のグループを有する。したがって、当該漏斗状構造体の反射型フィルタに入る光は、部分的に反射し部分的に透過する。当該反射光は、当該透過光とは別の特性を有する。
【０００７】
当該漏斗状構造体及びこれに伴う反射型フィルタの幾何学的形状の集中的作用は、光のより大きな部分が画素に到達することになりこれにより当該漏斗構成により達せられる輝度が従来技術の構造によって達成する輝度よりも高いという先述した刊行物を凌ぐ利点を奏する。さらに、出口領域に達しない光線の量は少なく、輝度は、対称性の高い構造により視角依存性がより低いものとなる。
【０００８】
漏斗状構造体は、空洞漏斗体とすることができるが、透光性材料により充填されるようにしてもよい。当該漏斗体は、対称な漏斗体とする必要はなく、当該壁部の急峻性は、変化してもよく、単一の漏斗体としてもよい。異なる漏斗体の壁部の急峻性も異なるものとしてもよい。当該壁部は、平面である必要はなく、凹面又は凸面の壁部を用いることもできる。光学分離フィルタをディスプレイと組み合わせる場合、各出口領域は、当該ディスプレイの（副）画素の１つ（又は２つ以上）と共働作用し、光学分離フィルタがそのスペクトルの異なる部分を分離する。そして、第１の特性は第１の色とされ第２の特性は当該第１の色とは異なる第２の色とされる。この光学フィルタはまた、異なる偏光状態を分離するものとしてもよい。出口領域はまた、例えばソーラーセルなどの画素とは違う要素と共働作用するようにしてもよい。こうしたソーラーセルは、特定の色の光について最適化することができるので、より効果的に作用可能である。大抵は、第１及び第２の出口領域は、同じ平面に位置づけられ、互いに重ならない。隣接する出口領域の間には自由な空間があるものとしてもよく、そこでは当該光学フィルタを出る光がないか又は漏斗体壁部を通じて透過する光が当該光学フィルタを出ないものとなっている。
【０００９】
請求項２に記載の実施例において、第１のグループは、第２の出口領域をカバーする複数の第１の光学フィルタを形成するように構成される。これにより、出口領域に向かって第１の特性の光を反射により集中させ、同時に第２の出口領域に向かって第２の特性の光を透過させるために、同じ反射型フィルタを用いることができる、という利点を奏する。したがって、経済的な方策が提供されるのである。
【００１０】
請求項３に記載の実施例では、当該構造体は、第１の特性を有する光をそれらそれぞれの第１の出口領域に向けて反射し第２の特性を有する光を第２のグループの漏斗状構造体のそれぞれの第２の出口領域に向けて透過するように構成された漏斗状構造体の第１のグループを有する。漏斗状構造体の第２のグループは、第２の特性を有する光をそれぞれの第２の出口領域に向けて反射し、第１の特性を有する光をそれぞれの第１の出口領域に向けて透過するように構成される。この実施例は、第１の出口領域に向けられた光及び第２の出口領域に向けられた光の双方が、それぞれ第２のグループ及び第１のグループの漏斗状構造体によりフィルタ処理されるので、改善された色分離を呈する。
【００１１】
請求項４に記載の実施例では、漏斗状構造体の第１のグループは、第２の出口領域をカバーする複数の第１の光学フィルタを形成するように構成される。漏斗状構造体の第２のグループは、第１の出口領域をカバーする複数の第２の光学フィルタを形成するように構成される。この態様において、特定の出口領域の近くに位置づけられた出口領域の漏斗体の壁部は、この特定の出口領域をカバーし、これによりこの特定の出口領域に向かう透過型フィルタを形成する。また、この実施例は、第１の出口領域に向けられた光及び第２の出口領域に向けられた光の双方が、第２及び第１のグループの漏斗状構造体によりそれぞれフィルタ処理されるので、改善された色分離を呈する。さらに、この実施例は、特定の出口領域に向けて光を集中させ（そして同時に他の特性を有する光を透過する）反射型フィルタが他の出口領域に対する透過型フィルタを形成するので経済的である。
【００１２】
大抵は、漏斗状構造体の壁部と関連の出口領域との間の容積部には、同じ材料が充填される。但し、原則として、当該壁部は限定された厚さを有するものとしてもよい。本光学フィルタは、厳密に或いは実質的に完全に当該関連の出口領域をカバーするものとしてもよいし、或いは当該出口領域よりも大きなものとしてもよい。
【００１３】
請求項５に記載の実施例では、第２の出口領域をカバーする第１の光学フィルタは、多角形の基礎平面（さらには底面とも呼ばれる）を持つ構造体を有する。入射光に向かう方向において、当該底面に平行な断面は１次元又は２次元的に漸次狭くなる。
【００１４】
請求項６に記載の実施例において、第２の出口領域をカバーする第１の光学フィルタは、錐体状の要素を有する。この錐体状要素の各々の底面は、第２の出口領域のその関連の１つに向かう方向づけがなされる。したがって、当該錐体状要素の頂部は、入射光に向かうように方向づけされる。「錐体状」の意味は、当該頂部の領域よりも十分に大きな面積を占める底面があるという点で錐体に似ている形状ということである。好ましいものではあるが当該頂部を尖らすことは必要ではなく、平坦でもよい。さらに、当該底面は、三角形以外の形状を呈するものでもよい。当該錐体の壁部は、平坦としてもよいし、凹面又は凸面としてもよい。但し、凸面壁部は、集束効果を減ずることになる。
【００１５】
請求項７に記載の実施例において、第１の光学フィルタは、第２の出口領域に向けて方向付けられた底面を持ち全てが第１の高さを有する錐体状要素を有する。第２の光学フィルタは、第１の出口領域に向けて方向付けられた底面を持ち全てが上記第１の高さとは異なる第２の高さを有する錐体状要素を有する。この異なる錐体の高さの差は、当該錐体の側壁に異なる角度を持たせる。これら異なる角度は、カラーフィルタが錐体状要素に蒸着されるときに異なる層厚さをもたらす。したがって、特にカラーフィルタが干渉の堆積である場合に、異なる高さの錐体の光学フィルタ特性は異なるものとなる。
【００１６】
請求項８に記載の実施例において、異なる錐体状要素の底面は、当該側面の異なる角度を得るように異なる寸法を有する。当該錐体要素の高さは、ここでは同じものとしてもよい。また、異なる角度によって、異なる層厚さのカラーフィルタが錐体状要素の上に蒸着することになる。
【００１７】
請求項９に記載の実施例において、第１のグループの漏斗状構造体及び第２のグループの漏斗状構造体は、第１及び第２の漏斗状構造体の側壁上にそれぞれ配置される第１の積層（層のスタック）及び第２の積層をそれぞれ有する。第１及び第２の積層の双方の連続的層は、異なる屈折率を有する。これら積層は、マスクにより或いはマスクを伴うことなく蒸着により漏斗状構造体に設けることができる。マスクが用いられる場合、異なる光学フィルタを得るように異なる漏斗状構造体上に異なる積層が構成されるようにしてもよい。マスクを使用しない場合には、当該異なる漏斗状構造体上に同じ順序でそれら同じ層を蒸着することになる。異なるフィルタは、ここで、蒸着される材料の流れに対して異なる角度を当該漏斗状構造体の側壁に付与することにより異なる漏斗状構造体上に異なる層厚さを形成することによって実現可能である。
【００１８】
請求項１０に記載の光学分離フィルタにおいて、第１及び第２の光学フィルタは、錐体状要素の側壁上に積層（層のスタック）を配することによって得られる。この積層は、異なる屈折率の少なくとも２つの層を有する。好ましくは、当該積層は、連続した層のグループを有する干渉の堆積とされる。これら連続の層は異なる屈折率を有する。
【００１９】
好ましいのは、当該グループの各々において、異なる連続層が同じ順序で配されることである。対応の層の厚さ及びこれにより結果的な積層の厚さは、光の異なる波長でピーク反射率を呈する光学フィルタを得るように、第１及び第２の錐体状要素の側壁につき異なるものとされる。
【００２０】
好ましくは、第１及び第２の錐体状要素上の積層体の各層が、好ましくは蒸着により全ての錐体状要素に同一の処理ステップにおいて形成されるのがよい。当該積層の対応の層の、そしてこれによる当該スタックの端部における層の異なる厚さは、錐体状要素の角度を適切に適合させることにより選択される。当該層厚さは、錐体状要素の側壁と錐体状要素の底部面との角度が増大するにつれ減少する。好ましくは、全ての錐体状要素は平行に配置された底部面を持つのがよく、これら層は、当該底部面に略直角なフラックスで蒸着されるのがよい。大抵は、全ての錐体状要素の底部面が同じ平面内にある。
【００２１】
好ましくは、スタックは、２つの層の複数のグループを有するのがよい。２つの層の各グループは、同じ順序で同じタイプの層を有する。同じグループの２つの層の屈折率は異なる。当該グループにおける対応の層の厚さは異なるものとしてもよいが、異なるグループの少なくとも幾つかのグループの厚さは、略同一とするのがよい。層グループのこのようなスタックの反射率の１次ピークは、その波長の半分が当該層グループの光学的厚さに等しい光に対して生じる。光学的厚さは、屈折率が乗じられる層の物理的厚さに相当する。当該スタックの反射率の２次ピークは、その１波長が短めの波長を有する光に対しての当該層グループの厚さに等しい光に対して生じる。これより高次の屈折率のピークは、さらに短い波長において生じる。
【００２２】
請求項１１に記載の実施例において、第１の錐体状要素の側壁の角度及び第２の錐体状要素の側壁の角度は、第２の錐体状要素の上の層のスタックの厚さとは異なる第１の錐体状要素上の層のスタックの厚さを得るように選択される。当該スタックの異なる厚さは、第２の錐体状要素上の第２の光学フィルタの１次反射ピークとは異なる波長における１次反射ピークを有する第１の錐体状要素上の第１の光学フィルタを得るように選択される。
【００２３】
３つの異なる角度を持つ側壁を有する錐体状要素上に異なる３つの光学フィルタを形成することができることは勿論である。この異なる角度は、異なる錐体状要素に異なる３つの高さを付与することによって得ることができる。
【００２４】
請求項１２に記載の実施例において、第１の錐体状要素の側壁の角度は、第２の錐体状要素の側壁の角度よりも小さいものとされる。これらスタックの異なる厚さは、第２の光学フィルタの１次反射ピークよりも長い波長で生じる第１の光学フィルタの１次反射ピークを得るように選択される。例えば、赤色光について第１の光学フィルタの１次反射ピークを、青色光について第２の光学フィルタの１次反射ピークを得るように角度が選択される。
【００２５】
請求項１３に記載の実施例において、第１の錐体状要素の側壁の角度は、第２の錐体状要素の側壁の角度よりも小さい。これらスタックの異なる厚さは、第２の光学フィルタの１次反射ピークよりも短い波長で生じる第１の光学フィルタの２次反射ピークを得るように選択される。例えば、青色光について第１の光学フィルタの２次反射ピークを、赤色光について第２の光学フィルタの１次反射ピークを得るように角度が選択される。
【００２６】
請求項１４に記載の実施例において、当該スタックは、光の可視域の外にある第１の光学フィルタの１次反射ピークを得るように選択される。例えば、第１の光学フィルタの２次反射ピークが青色光について生じる場合、第１の光学フィルタの１次反射ピークは赤外線の赤範囲において生じうる。
【００２７】
請求項１５に記載の実施例において、錐体状要素の底面の形状は、三角形、四角形、長方形、正方形又は六角形とされる。これら形状は、隣接の出口領域が互いに直接接続することができるという利点がある。他の形状、例えば五角錐も可能であるが、少なくとも幾つかの隣接した出口領域の間に空き領域が生じることになり、効率性を落とす可能性がある。或いは、例えば五角形の底面と四辺形の底面との組み合わせ、いわゆるペンローズのタイルを用いることもできる。
【００２８】
請求項１６に記載の実施例において、第１の出口の特定の１つは、第１の出口領域と第２の出口領域との交番パターンを得るように、第２の出口領域により取り囲まれる。このような構成によって、第１の出口領域の特定の１つに向かって光を反射し第２の出口領域に向かって光を透過するように構成された漏斗状構造体が第２の出口領域に向かい全ての方向において透過光を透過することができ、全部の光が出口領域に達することになる、という効果を奏する。
【００２９】
請求項１７に記載の実施例において、光学分離フィルタは、第３の出口領域をさらに有する。漏斗状構造体の第１のグループは、関連の第１の出口領域及び関連の第３の出口領域に向けて第１の特性を有する光を反射するように位置づけられる。漏斗状構造体の第１のグループは、第２の特性を有する光を透過する。第１の特性は、第１の色であり、第２の特性は、第１の色とは異なる第２の色である。第１のカラーフィルタは、第３の出口領域に向けて方向づけられる光をフィルタ処理するように配置され、第２のカラーフィルタは、第１の出口領域に向けて方向づけられる光をフィルタ処理するよう配置される。第１、第２及び第３の出口領域に入射する光の色は異なる。光学分離フィルタのこのような構成により、入射光を３つの異なる色に分離することができる。大抵は、この３つの異なる色は、ディスプレイの関連する画素に差し向けられる原色である。このような、漏斗体及びカラーフィルタを具備する分離フィルタの効率は、各画素が自ら吸収性カラーフィルタを有する普通の構成よりも高いものとなる。各吸収性フィルタは、当該原色に寄与しない光の全てを吸収しなければならない。本発明による構成においては、光は先ず異なる色の２つの光の流れに分離されてフィルタ処理され、その光の一部が他の画素に方向づけられ、その後にフィルタ処理されなければならず、これにより当該カラーフィルタにより吸収される光の量が少ないものである。
【００３０】
なお、「第１の色を有する光」が意味するところは、この光は当該スペクトルの第１の部分しか及ばないことである。この第１の部分は、実際、幾つかの色をカバーしうる。同様に、第２の色を有する光は、第１の部分とは異なるスペクトルの第２の部分に及ぶ。第２の部分は、第１の部分と部分的に重なる可能性があるが、一致してはならない。例えば、第１の色を有する光は、可視スペクトルの青色の部分をカバーしうるのに対し、第２の色は、可視スペクトルの残りの部分をカバーしうる。したがって、第１及び第３の出口領域に方向付けられた光は、青みを帯びたものとなり、第２の出口領域に向けて方向付けられた光は、黄色がかった（又はオレンジ色の）ものとなる。
【００３１】
請求項１８に記載の実施例において、第３のカラーフィルタは、第２の出口領域に向けて方向付けられた光をフィルタ処理し、さらに色分離を向上するようにしている。これら第３のカラーフィルタは、実際は普通の吸収性フィルタと同様のものである。光は反射型フィルタにより予めフィルタ処理されているので、吸収される光は少なく、これにより効率が高くなる。
【００３２】
請求項１９に記載の実施例において、第１の光学フィルタは、第１及び第３の出口領域の対応のものに関連する錐体状要素を有し、これら錐体状要素の底面は、それぞれ第１及び第３の出口領域に向けて方向づけられる。したがって、同じ錐体状構造体は、第１及び第３の出口領域に向けて位置づけられるために用いられる。
【００３３】
請求項２０に記載の実施例において、漏斗状構造体の第１のグループのうちの少なくとも１つの漏斗状構造体は、第１の特性を有する光を反射し第２の特性を有する光を透過する第１のセクションと、第１及び第２の特性の双方を有する光について反射性のある第２のセクションとを有する。この形態において、非対称な漏斗状構造体が得られ、全ての出口領域がその収束する漏斗体を提供している反射型フィルタで覆われていない場合に用いて好都合となる。入射光は、直接又は吸収性カラーフィルタを介してこのような出口領域に到達することができる。
【００３４】
請求項２１に記載の実施例では、第１及び第２の特性の双方を有する光について反射性のある第２のセクションは、第１及び第２の出口部が配置される平面に略直角に配置される。ここで、当該収束形漏斗体も提供している反射型フィルタでカバーされない出口領域は、略直角な第２のセクションの間に設けられ、これにより、直接又は吸収性フィルタを介して入射光を受けるように最適に位置づけられる。
【００３５】
請求項２２に記載の実施例において、光学分離フィルタは、第１及び第２の特性の双方を有する光につき反射性のある少なくとも２つの略垂直配置された第２のセクションの間に配される第３の出口領域を有し、第１の特性は第１の色とされ第２の特性は第１の色とは異なる第２の色とされる。第１の吸収性カラーフィルタは、第３の出口領域に向けて方向づけられる光をフィルタ処理する。第１、第２及び第３の出口領域の入射する光の色は異なる。
【００３６】
請求項２３に記載されている実施例において、第１のグループの漏斗状構造体及び第２のグループの漏斗状構造体は、出口領域が配される出力面に平行な第１の平面に配される。この第１及び第２のグループの漏斗状要素は、入射光を第１の特性を有する光と第２の特性を有する光とに分離する。当該ディスプレイはさらに、出力面と平行な第２の平面内にかつ第１の面と当該出力面との間に配される第４のグループの漏斗状構造体及び第３のグループの漏斗状構造体を有する。これら第３及び第４のグループの漏斗状要素は、少なくとも第１の特性を有する光を第３及び第４の特性を有する光に分裂させるように構成され、入射光は少なくとも３つの異なる特性を有する光に分離される。
【００３７】
請求項２４に記載の実施例においては、高効率で３つの異なる色に入射光を分離することのできるピラミッド状構造体の２つの平面スタックの好適な構成が規定される。この実施例は、図７に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
請求項２７に記載の実施例において、表示パネルは光学分離フィルタを有する。第１の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第１画素要素に関連づれけられ、第２の出口領域は、当該ディスプレイのそれぞれの第２の画素要素に関連づけられる。このようにして、入射光は、異なる画素要素に方向づけられた２つの異なる色に分離される。反射される光量は、画素要素の状態に応じたものとなる。したがって、当該画素要素がそれらの反射状態にある場合に入射する殆ど全ての光が反射可能であるので、非常に高い輝度のカラー表示をつくることができる。この表示パネルは、画像、テキスト、ビデオ又は他の情報を表示することの可能なマトリクスディスプレイとすることができる。これら画素要素は、例えばｅインクセルである。
【００３９】
請求項２８に記載の実施例において、光学分離フィルタは、好ましくは原色とされる３つの色を分離する。この表示パネルは、各々が当該出口領域のうちの１つに関連づけられた画素要素を有する。こうして、非常に高い輝度効率のフルカラーディスプレイが得られる。
【００４０】
アウトドア用途においては、放射型のディスプレイにより十分に高い輝度及びコントラストを発生することは困難であるので、反射型ディスプレイが適している。本発明による色分離フィルタは、それらの輝度を最適化するこのような反射型ディスプレイに特に関連している。カラー分離フィルタは、ディスプレイ要素の上面にある層として構成可能である。実際、色分離フィルタは、異なる色を異なる表面領域に焦点合わせする。このディスプレイは、平坦なものとしてもよく、透過性及び非透過性の状態を有する画素要素を有するものとしてもよい。
【００４１】
また、この色分離フィルタは、例えばＬＣＤに使用される異なる偏光状態を分離するようにしてもよい。普通のＬＣＤは、入射光の半分を吸収する偏光フィルタを必要とする。したがって、２倍増加する。カラーディスプレイ用途において、かかる増加は一層大きなものとなる。各画素要素の上方に存在する既知の吸収性カラーフィルタは、入射光の付加的な３分の２を吸収する。したがって、トータルの損失は約８５ないし９０％である。Ｅインクのような明るい反射型ディスプレイは、約７０％の損失である。
【００４２】
請求項３１に記載の実施例では、色分離フィルタは、入射光を分離しその後に異なる（タイプの）ソーラーセルに至らせるために用いられる。
【００４３】
本発明によれば、反射型フィルタが用いられる。これら反射型フィルタに入る光は、反射光と透過光とに分離される。反射光及び透過光の合計は、原則的に、入射光と等しい。反射光の特性は、透過光の特性とは異なる。例えば、色及び／又は偏光状態は異なる。したがって、当該フィルタは反射型フィルタと称されるものの、透過型フィルタでもある。
【００４４】
以下、本発明の上記態様及びその他の態様を、以下に述べる実施例に基づいて詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示している。その動作の簡単な説明と用いられる用語体系を可能とするために、簡単化された光学分離フィルタが示されている。この光学分離フィルタはさらに、他のフィルタとの区別をつける必要がある場合を除き、フィルタと称するものとする。このフィルタは、ディスプレイの画素ＰＲ，ＰＧと連結して用いられる。フィルタの出口領域ＯＡ１及びＯＡ２は、それぞれ画素ＰＲ，ＰＧと共働作用させられる。入口領域ＩＡ１は、入射光ＩＬに向かって方向付けられている。単に例示の目的で、漏斗のような構造体Ｆ１が、反射型フィルタＲＦを錐体状構造体ＰＥ１上に形成することによって得られることが示されている。
【００４６】
反射型フィルタＦＲは、入射光ＩＬの一部を、反射した入射光ＲＬとして出口領域ＯＡ１に向けて反射する。反射光ＲＬは、第１の特性Ｃ１を有する。例えば、反射光ＲＬは、反射した可視スペクトルの一部に応じた第１の色を有する。漏斗様構造体Ｆ１は、関連の出口領域ＯＡ１に向かって反射した入射光ＩＬの一部を集中させる。
【００４７】
反射型フィルタＦＲは、透過光ＴＬＧとして入射光ＩＬの他の部分を透過する。例えば、この透過光ＴＬＧは、上記第１の色とは異なる第２の色を有する。この第２の色は、透過した可視スペクトルの一部に応じている。或いは、反射光ＲＬは、第１の偏光状態を有するものとしてもよく、透過光ＴＬＧは、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有するものとしてもよい。好適実施例において、第１及び第２の偏光状態は、互いに直角なものとされる。これら偏光状態は、例えば偏光方向又は左若しくは右円（又は楕円）偏光である。
【００４８】
錐体状構造体ＰＥ１は、関連の出口領域ＯＡ２及び図示の実施例では画素ＰＧと共働作用する底面Ｂ１を有する。錐体状構造体ＰＥ１は、入射光ＩＬに向けて出口領域ＯＡ２から離れるように方向付けられた頂部Ｔ１を有する。錐体状構造体ＰＥ１は、出口領域ＯＡ２をカバーし、これによりこれら出口領域ＯＡ２の頂部上にカラーフィルタＣＦ１を形成する。
【００４９】
したがって、反射型フィルタＦＲ及びこれらの漏斗様の幾何学的形状の反射特性により、第１の特性Ｃ１の光は第１の出口領域ＯＡ１に向かって集中させられる。そして、反射型フィルタＦＲの透過特性及び当該フィルタが第２の出口領域ＯＡ２をカバーしているという事実により、第２の特性の光だけが第２の出口領域ＯＡ２に到達することができる。この簡単な構成において、入射光は、第１の出口領域ＯＡ１に直ちに達することができ、これにより、異なる画素ＰＲ及びＰＧに向けての色分離は最適ではない。例えば第１の特性の光だけが第１の出口領域ＯＡ１に達するように第１の出口領域ＯＡ１においてカラーフィルタを付加することができる。このような付加的なカラーフィルタは、画素ＰＲの頂部上に設けられる平坦な吸収性フィルタとしてもよい。しかし、画素ＰＲの頂部上のカラーフィルタは図２に示されるような錐体状のものとし、第２の特性を有する光が反射し画素ＰＧに向かって集中させられるようにするのが好ましい。
【００５０】
なお、漏斗様構造体Ｆ１の厳密な幾何学的形状は、本発明に必須な事項ではない。考慮されるべきものは、当該幾何学的形状を、反射性フィルタの漏斗様の幾何学形状により関連の出口領域ＯＡ１に向けて反射光ＲＬが集中させられるようなものとすることである。好ましくは、漏斗様構造体Ｆ１は、他の出口領域ＯＡ２に向けて方向づけられる底面を有する錐体構造体ＰＥ１により形成され、これら他の出口領域ＯＡ２に向かうカラーフィルタを形成するようにするのがよい。錐体状構造体（他に錐状体とも称する）ＰＥ１の境界すなわち壁部は反射光を出口領域ＯＡ１に向けて集中させる。好ましくは、錐状体ＰＥ１に用いられる材料の屈折率ｎ１は、入射光ＩＬが中を通る材料（大抵は空気）の屈折率ｎ０よりも十分に大きくするのがよい。これにより、漏斗形状とともに、出口領域ＯＡ２に向かう透過光ＴＬＧの集中が生じる。好ましくは、画素ＰＧ，ＰＲの材料は、錐状体ＰＥ１の屈折率ｎ１と同じ屈折率ｎ１を有するのがよい。
【００５１】
底面Ｂ１は、例えば稜線を形成する矩形、４つの側面を持つ角錐を形成する正方形、３つの側面を持つよく知られた角錐を形成する三角形又は５つ以上の側面を持つ角錐を形成する５つ以上の頂点を持つ多角形などの適切な形状を有するものとすることができる。錐状体ＰＥ１の頂部を尖らさせることは必要ではなく、平坦なものでもよいが、最適ではある。但し、底面Ｂ１に平行な錐状体ＰＥ１を通じる断面は、頂点Ｔ１に向かって当該底面から小さくなっていくのがよい。当該錐状体の側面は、平坦である必要はなく、凹面又は凸面とすることができる。錐状体ＰＥ１は、対称なものとする必要がなく、頂部Ｔ１の突端は、底面Ｂ１の中心に一致する必要もない。底面Ｂ１は、画素ＰＧによりカバーされる領域と厳密に同じ大きさとする必要はない。好ましくは、底面Ｂ１は、有効画素領域よりも小さくしないのがよい。錐状体ＰＥ１は、反射型フィルタＦＲが１つの層として上部に形成される透明材料により作ることができる。錐状体ＰＥ１の間の漏斗体は、空間としてもよいし、或いは好ましくは錐状体ＰＥ１の材料の屈折率ｎ１と等しいか又はｎ０とｎ１との間のいずれかにある屈折率を有する材料が充填されるものとしてもよい。これより高い屈折率も可能であるが、当該フィルタの性能を悪くすると考えられる。
【００５２】
図２は、ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示している。光学分離フィルタＯＦ及びディスプレイＤの画素ＰＲ，ＰＧは、図１に示される構成に基づいている。ここでは、画素ＰＲ，ＰＧの間にオプションとしての自由空間があり、錐状カラーフィルタＣＦ２が加えられている。またここでも、漏斗状構造体Ｆ１は、画素ＰＧの領域をカバーする出口領域ＯＡ２と関連した底面Ｂ１を有する錐状体ＰＥ１の側壁の上にある反射型フィルタＦＲにより形成される。漏斗状構造体Ｆ２は、画素ＰＲの領域をカバーする出口領域ＯＡ１と関連した底面Ｂ２を有する錐状体ＰＥ２の側壁の上にある反射型フィルタＦＧにより形成される。漏斗体Ｆ１の入口領域はＩＡ１として示され、漏斗体Ｆ２の入口領域はＩＡ２として示される。光学分離フィルタＯＦとディスプレイＤとの組み合わせは、表示パネルＤＰと呼ぶことにする。図２は、等しい寸法の出力領域ＯＡ１，ＯＡ２及び画素ＰＲ，ＰＧを示しているが、このことは必須ではない。
【００５３】
底面Ｂ１は寸法Ｄ１を有し、底面Ｂ２は寸法Ｄ１よりも小さい寸法Ｄ２を有する。底面Ｂ１，Ｂ２のこの異なる寸法Ｄ１，Ｄ２により、錐状体ＰＥ１，ＰＥ２の側壁が当該底面となす角度が異なる。フィルタ層ＦＲ，ＦＧが錐状体ＰＥ１，ＰＥ２の壁部に蒸着されると、この異なる角度により、フィルタＦＲ，ＦＧの異なる厚さの層となる。こうした異なる厚さによって、異なる光学フィルタ特性がもたらされる。反射型フィルタＦＲは、第１の特性Ｃ１を有する光を反射し、第２の特性Ｃ２を有する光を透過する。反射型フィルタＦＧは、第２の特性Ｃ２を有する光を反射し第１の特性Ｃ１を有する光を透過する。したがって、反射型フィルタＦＲは、第１の特性を有する光を画素ＰＲに向けて、第１の特性Ｃ１の光に対して透過性のある反射型フィルタＦＧを介して集中させる。反射型フィルタＦＧは、第２の特性を有する光を、画素ＰＧに向けて、第２の特性Ｃ２の光に対して透過性のある反射型フィルタＦＲを介して集中させる。このようにして、理想的には、第１の特性Ｃ１を有する光だけが画素ＰＲに達することができ、第２の特性Ｃ２を有する光だけが画素ＰＧに達することができる。主として、全ての入射光を使用することができる。当該光は吸収性カラーフィルタで吸収されず、完全に用いられる異なる特性の２つの光ストリームに分離されるのである。したがって、本発明による光学分離フィルタＯＦとともに用いられるディスプレイＤの輝度は、吸収性カラーフィルタが画素毎に用いられる従来の表示パネルＤＰにおけるものよりも非常に高いものとなる。その対称構造によって、当該構造体に対する入射光の角度に対する依存性が最適なものとなる。
【００５４】
好ましくは、錐状体ＰＥ１，ＰＥ２及び画素ＰＲ，ＰＧは、周囲媒質の屈折率ｎ０よりも高い同じ屈折率ｎ１を有するのがよい。錐状体ＰＥ１，ＰＥ２の間の領域は、屈折率ｎ１の透過性材料により充填されてもよいし、或いは空間として屈折率ｎ０を有するものとしてもよいし、或いはｎ０ないしｎ１の屈折率を有するものとしてもよい。大抵は、錐状体ＰＥ１，ＰＥ２は、それらの頂部上に透過性のプレート（図示せず）を加えることにより保護される。
【００５５】
例示の目的でのみ述べれば、フィルタＦＲが赤色光を反射し、（可視）スペクトルのその残りが透過されるようにしてもよく、フィルタＦＧが赤色光を透過し当該スペクトルの残りが反射されるようにしてもよい。
【００５６】
図３は、ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示している。図３に示される光学分離フィルタは、図１に示したフィルタＯＦに基づいている。図２に示したのと同様の形態で、錐状構造体ＰＥ１は、出口領域ＯＡ２したがって画素ＰＧの上方に存在し、錐状構造体ＰＥ２は、出口領域ＯＡ１したがって画素ＰＲの上方に存在する。錐状体ＰＥ１は、錐状体Ｈ２の高さＨ２よりも長い高さＨ１を有する。この高さの違いにより、底面Ｂ１の錐状体ＰＥ１の側面の角度は、底面Ｂ２の錐状体ＰＥ２の側面の角度よりも大きくなる。またここでも、反射型フィルタＦＲ及びＦＧを形成するための蒸着材料の層の厚さは異なり、これにより当該光学フィルタ特性も異なることになる。好ましくは、異なる錐状体ＰＥ１，ＰＥ２は、次の式０．５<ｓｉｎ（錐状体ＰＥ１の頂角）／ｓｉｎ（錐状体ＰＥ２の頂角）≦２．０を満たすように選択される異なる頂角を有するのがよい。この比が１．０ならば、錐状体ＰＥ１及びＰＥ２は等しく、カラーフィルタは異なる態様で作られなければならない。この比が２．０ならば、波長の差は約２倍となる。好ましくは、この比は０．６２５から０．８又は１．２５から１．６の範囲にあるものとするのがよい。ｓｉｎの略記はサインを意味している。
【００５７】
図４は、光学分離フィルタの実施例の上面を概略的に示している。印のない直線は、それぞれ、錐状構造体ＰＥ１，ＰＥ２の出力領域ＯＡ１又は底面Ｂ１及び出力領域ＯＡ２又は底面Ｂ２の境界を示している。錐状体ＰＥ１は頂点Ｔ１を有し、錐状体ＰＥ２は頂点Ｔ２を有する。錐状体ＰＥ１の側面の角（かど）の線は小さいドットで示され、錐状体ＰＥ２の側面の角（かど）の線は小さい四角で示される。さらに注記するに、錐状体ＰＥ１の全ての側面は、第１の特性Ｃ１を有する光を反射し第２の特性Ｃ２を有する光を透過する。また、錐状体ＰＥ２の全ての側面は、第２の特性Ｃ２を有する光を反射し第１の特性Ｃ１を有する光を透過する。
【００５８】
図５は、出口領域において吸収性カラーフィルタを有する光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示している。図５に示される構成は、図２に示される構成に基づいている。図５及び図２における同一の符号は同じ機能を有する同じアイテムを指し示している。ここでは、第２の錐状構造体ＰＥ２がＰＲ及びＰＢで示される画素の上方に存在する。第１の錐状構造体ＰＥ１はここでも、ＰＧで示される画素の上方に存在する。ここで、例示として、錐状体ＰＥ１及びＰＥ２の全ての底面Ｂ１，Ｂ２は、同じ寸法を有し、画素ＰＲ，ＰＢ，ＰＧの間には自由な空間がない。注記すると、画素ＰＲ，ＰＢ，ＰＧが異なる符合で示されているが、実際には画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＧの構成は同じものとすることができ、当該画素に入り及び／又は当該画素により反射される光の特性だけが異なるものとすることができる。さらに、ここでの色吸収性フィルタＣＦ３，ＣＦ４，ＣＦ５は、画素ＰＢ，ＰＲ，ＰＧにそれぞれ向かって方向づけられた光をフィルタ処理するように付加される。
【００５９】
以下、図示の構成の動作を詳説する。例示の目的でのみ述べれば、括弧内には、画素ＰＢ，ＰＲ，ＰＧがそれぞれ原色の青Ｂ，赤Ｒ及び緑Ｇを透過又は反射する必要がある場合の事柄が説明されている。図示の例において、画素ＰＧの上方の錐状体ＰＥ１の反射型フィルタＦＲに入る入射光ＩＬは、画素ＰＢに向かって、隣接のピラミッド体ＰＥ２の反射型フィルタＦＧ（色Ｒ及びＢを透過する）及びカラーフィルタＣＦ３（色Ｒを吸収し色Ｂを透過する）を通じるように、第１の特性Ｃ１（色Ｒ及びＢを有する）の反射光ＲＬとして反射される。画素ＰＢにより跳ね返された光ＢＬの特性（色Ｂ）は、カラーフィルタＣＦ３がスペクトルの一部（色Ｂ）に対してのみ透過性であるので、変えられる。隣接の錐状体ＰＥ１に入射する光ＢＬは、看視者に向かって反射型フィルタＦＲ（色Ｒ及びＢを反射する）により反射される。
【００６０】
画素ＰＧの上方の錐状体ＰＥ１の反射型フィルタＦＲに入る入射光ＩＬは、錐状体ＰＥ１を通じて第２の特性（色Ｇ）を有する透過光ＴＬとして透過される。この透過光は、光吸収型フィルタＣＦ５（色Ｇ又は色Ｇの限定されたスペクトルのみを透過し、他の色は吸収する）を介して画素ＰＧに達する。フィルタＣＦ５は、原色Ｇの色ポイントを改善するようにしてもよい。画素ＰＧにより後ろに反射した光は、隣接の錐状体ＰＥ２上のフィルタＦＧ（色Ｇを反射する）に当たり看視者に向かって反射される。
【００６１】
画素ＰＲ（図示せず）に向かって錐状体ＰＥ１により反射した光は、ここでも第１の特性Ｃ１（色Ｒ及びＢを有する）を有する。吸収性フィルタＣＦ４（色Ｒを透過し色Ｂを吸収する）は、特性Ｃ１の光をフィルタ処理して、画素ＰＲだけが第４の特性（色Ｒのみ）の光に対して有効なものとする。
【００６２】
図６は、反射器を有する光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示している。図６及び図５における同一の符号は、同じ機能を有する同じアイテムを指し示している。反射器Ｒ５は、第１の特性を有する光及び第２の特性を有する光の双方に対して反射性がある。図示のこの実施例では、ＰＲ，ＰＧ，ＰＢの順で画素が交代配置する。説明を簡単にするため、また例示のみの目的として、画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢはそれぞれ赤Ｒ，緑Ｇ及び青Ｂの光を変調する必要があることを前提とする。吸収性カラーフィルタＣＦ６及びＣＦ７は、一方における錐状構造体ＰＥ２及びＰＥ１の底面それぞれと、他方における画素ＰＲ及びＰＧそれぞとの間に存在する。吸収性カラーフィルタＣＦ８は、画素ＰＢの上部に設けられる。反射器ＲＳは、青色画素ＰＢの側面にあり、好ましくは画素ＰＲ，ＰＢ，ＰＧを有する平面に対して略直角に延びるのがよい。錐状構造体ＰＥ１及びＰＥ２は、実際には図５の錐状構造体の半分である。出力領域ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３は、それぞれ画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢの領域に対応する。反射型カラーフィルタＣ１及びＣ２は、反射型フィルタＲＴＳと総称する。
【００６３】
以下、図示の構成の作用を説明する。入射光ＩＬ１は、所定の角度で青色画素ＰＢの上方において表示パネルに入り、反射光ＲＬ１として反射器ＲＳに対して反射する。この反射光ＲＬ１は、吸収性フィルタＣＦ８によりフィルタ処理され、色の青（実際、大抵は青色領域におけるスペクトルの一部）だけが画素ＰＢに向かって透過される。画素ＰＢにより看視者に向かって反射する青色光ＢＬの量は、画素ＰＢの光学的状態に依存する。
【００６４】
入射光ＩＬ２は、赤及び緑の画素ＰＲ，ＰＧそれぞれにより形成される領域の上方において表示パネルに入射する。入射光ＩＬ２は、画素ＰＲの上方で反射型カラーフィルタＣ１に入射する。フィルタＣ１は、緑色光ＲＬ２を反射し赤及び青色光ＴＬを透過する。赤色光ＴＬは、単に赤色光だけのものよりも多くカバーするスペクトルの一部を含むようしてもよく、吸収性フィルタＣＦ６は、当該スペクトルの所望の赤色部分を透過することになる。看視者に向かい画素ＰＲにより反射した赤色光ＲＥの量は、画素ＰＲの光学的状態に依存する。反射した緑色の光ＲＬ２は、画素ＰＧの上方で反射型フィルタＣ２を通過する。フィルタＣ２は、赤色光を反射し、緑色光だけのものよりも多くをカバーするスペクトルの一部を含むことのできる緑及び青色光を透過する。吸収性フィルタＣＦ７は、画素ＰＧに対して当該スペクトルの所望の緑色部分を透過する。看視者に向けて画素ＰＧにより反射された緑色光ＧＬの量は、画素ＰＧの光学的状態に依存する。
【００６５】
この実施例において、漏斗様構造体Ｆ１は、反射型カラーフィルタＣ２及びその対向の反射器ＲＳにより形成され、漏斗様構造体Ｆ２は、反射型カラーフィルタＣ１及びその対向の反射器ＲＳにより形成される。ここでも、漏斗様構造体Ｆ１及びＦ２は、それらそれぞれの画素ＰＧ，ＰＲに向かう光をそれぞれ集中させる。フィルタＣ１が赤色光に対して十分に狭い透過帯域を有する場合は、フィルタＣＦ６を省略してもよい。フィルタＣ２が緑色光に対して十分に狭い透過帯域を有する場合は、フィルタＣＦ７を省略してもよい。フィルタＣ１，ＣＦ６，Ｃ２，ＣＦ７及びＣＦ８に対して他の異なる色を用いることもでき、さらにはマルチカラー表示をなすこともできる。用途に応じて、フィルタＣ１，ＣＦ６，Ｃ２，ＣＦ７及びＣＦ８のうちの１つ又は幾つかは、カラーフィルタではなく偏光フィルタとしてもよい。
【００６６】
図７Ａ及び図７Ｂは、入射光を３つの原色に分離する光学分離フィルタの上面及び底面それぞれの概略平面図を示している。この構造体は、錐状構造体に構成された反射型フィルタの２つの平面のスタック（堆積）を有する。上面及び底面は、実際は２つの異なる層又はプレートとすることができるが、単一の層又はプレートとすることもできる。
【００６７】
図７Ａに示される上面は、破線ではない線により示されるような三角形の底面を持つ角錐を有する。角錐ＴＰの底面は、その形状を明瞭に示すために太い線を有する。これら底面は、看視者に向かうように方向づけられる。当該角錐の頂点は、看視者から離れる方に方向づけられる。当該角錐のコーナの線は、破線により示される。当該角錐の側面上の反射型フィルタの色は、Ｒ，Ｇ及びＢによって示される。Ｒによって示されるフィルタは、赤色光を反射し透過する（又は緑及び青色光に対して透過する（又は透明となっている）。Ｇにより示されるフィルタは、緑色光を反射し、赤及び青色光に対して透明とされ、Ｂによって示されるフィルタは、青色光を反射し、赤及び緑色光に対して透明とされる。
【００６８】
図７Ｂに示される底面は、看視者の方へ方向づけされた頂点Ｔ２を有する六角錐を有する。これら頂点Ｔ２は、頂点Ｔ１の間に位置づけられて、当該上面及び底面の角錐体が互いに合うようにしている。当該底面の角錐体の底部の境界は、破線でない線により示される。破線は、角錐体のコーナの線を示している。角錐体の６つの側面は、Ｓ２１ないしＳ２６として示される。当該上面に対する当該底面の角錐の位置を詳しく説明するため、当該上面の角錐体ＴＰの底部の位置は、小さなドットが付された破線により示される。図７Ｂにおいて分かるように、当該底面の角錐体ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３の側面は、当該上面の角錐体の２つの異なる着色された側面と共働作用する。図示の上面角錐体ＴＰに関連した側面Ｓ２１ないしＳ２６の部分は、Ｓ２１ａないしＳ２６ａによって示され、これら側壁の残りの部分は、Ｓ２１ｂないしＳ２６ｂにより示される。当該底面の反射型カラーフィルタを選択するために幾つかの可能な態様がある。
【００６９】
第１の例において、底面角錐体ＢＰ１，ＢＰ２及びＢＰ３の側面を、それぞれシアン、黄色及びマゼンタのフィルタを有するものとすることができる。シアンのフィルタは、赤色光に透明であり、緑及び青色光を反射し、黄色のフィルタは、青色光に透明であり緑及び赤色光を反射し、マゼンタのフィルタは、緑色光に対して透明であり青及び赤色光を反射する。
【００７０】
次に、図７Ａの上面を有する光学分離フィルタの作用及びこのような底面について説明する。当該上面における錐状体ＴＰ（他に上面角錐体ＴＰ又は角錐ＴＰとも称される）の上の緑色フィルタは、赤及び青色光を角錐ＢＰ２及びＢＰ１のセグメントＳ２３ａ及びＳ２６ａにそれぞれ透過する。セグメントＳ２６ａのシアンフィルタは、赤色光を下にある画素に透過し青色光を反射する。セグメントＳ２３ａの黄色フィルタは、青色光を下にある画素に透過し、赤色光を反射する。角錐体ＴＰ上の赤色フィルタは、緑及び青色光を角錐体ＢＰ２及びＢＰ３のセグメントＳ２２ａ及びＳ２５ａにそれぞれ透過する。セグメントＳ２２ａの黄色フィルタは、青色光を下にある画素に透過し緑色光を反射する。セグメントＳ２５ａのマゼンタフィルタは、緑色光を下にある画素に透過し青色光を反射する。角錐体ＴＰ上の青色フィルタは、緑及び赤色光を角錐体ＢＰ１及びＢＰ３のセグメントＳ２１ａ及びＳ２４ａにそれぞれ透過する。セグメントＳ２１ａのシアンフィルタは、赤色光を下にある画素に透過し緑色光を反射する。セグメントＳ２４ａのマゼンタフィルタは、緑色光を下にある画素に透過し赤色光を反射する。したがって、セグメントＳ２１ａ及びＳ２６ａに対応する画素は、赤色画素として振る舞い、セグメントＳ２２ａ及びＳ２３ａに対応する画素は青色画素として振る舞い、セグメントＳ２４ａ及びＳ２５ａに対応する画素は緑色画素として振る舞う。したがって、角錐体ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３の底面は、赤、青、緑の画素にそれぞれ対応することになる。
【００７１】
その他の例において、底面角錐体ＢＰ１，ＢＰ２及びＢＰ３の側面は、角錐体毎に交代配置の異なる反射型カラーフィルタを有する。角錐体ＢＰ１は、青及び緑の反射型フィルタを有し、側面Ｓ２１，Ｓ２３及びＳ２５は、青色反射型フィルタを有し、側面Ｓ２２，Ｓ２４及びＳ２６は、緑色反射型フィルタを有する。錐状体ＢＰ２の側面Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ２５は、赤色反射型フィルタを有し、錐状体ＢＰ２の側面Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６は、緑色反射型フィルタを有する。錐状体ＢＰ３の側面Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ２５は、青色反射型フィルタを有し、錐状体ＢＰ３の側面Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６は、赤色反射型フィルタを有する。当該底面において用いられる反射型フィルタの色特性は、上面において用いられるものと一致させることができる。
【００７２】
次に、図７Ａの上面を有する光学分離フィルタの作用及びその底面について説明する。上面における錐状体ＴＰ上の緑色フィルタは、錐状体ＢＰ２及びＢＰ１のセグメントＳ２３ａ及びＳ２６ａにそれぞれ赤及び緑色光を透過する。セグメントＳ２６ａの青色フィルタは、赤色光を下の画素に透過し、青色光を反射する。セグメントＳ２３ａの赤色フィルタは、下の画素に青色光を透過し赤色光を反射する。錐状体ＴＰ上の赤色フィルタは、錐状体ＢＰ２及びＢＰ３のセグメントＳ２２ａ及びＳ２５ａにそれぞれ緑色及び青色光を透過する。セグメントＳ２２ａの緑色フィルタは、下の画素に青色光を透過し、緑色光を反射する。セグメントＳ２５ａの青色フィルタは、下の画素に緑色光を透過し、青色光を反射する。錐状体ＴＰ上の青色フィルタは、緑及び赤色光を錐状体ＢＰ１及びＢＰ３のセグメントＳ２１ａ及びＳ２４ａにそれぞれ透過する。セグメントＳ２１ａの緑色フィルタは、赤色光を下の画素に透過し、緑色光を反射する。セグメントＳ２４ａの赤色フィルタは、下の画素に緑色光を透過し赤色光を反射する。したがって、セグメントＳ２１ａ及びＳ２６ａに対応する画素は、赤色画素として振る舞い、セグメントＳ２２ａ及びＳ２３ａに対応する画素は、青色画素として振る舞い、セグメントＳ２４ａ及びＳ２５ａに対応する画素は、緑色画素として振る舞う。このように、錐状体ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３の底面は、それぞれ赤、青、緑色の画素に対応する。
【００７３】
数多くの代替えの構成が可能である。錐状体の底面は、例えば長方形や正方形、六角形といった三角形以外の形状を有してもよい。錐状体ＴＰ及び底面錐状体ＢＰ１ないしＢＰ３の側壁が互いに接触する必要はなく、対向する錐状体の対応する側壁は平行に延びている必要がない。反射型のカラーフィルタは、他の色を有するものでもよい。上面錐状体ＴＰ及び底面錐状体ＢＰ１ないしＢＰ３の側壁のカラーフィルタは、少なくとも３つの異なる色が画素に向けられるように互いに共働作用するように選択される。
【００７４】
図８は、反射器を有する光学分離フィルタの上面及び底面の透視図を概略的に示している。上面ＴＰＬは、入射光ＩＬをスペクトルの２つの部分Ｌ１，Ｌ２に分離する色分離フィルタを有する（説明を簡単にするため、２つの色について示している）。漏斗状構造体Ｆ１，Ｆ２は、ここで、交互の順に第１及び第２の反射型フィルタＣＦ１０，ＣＦ２０を有する長手状の畝様構造を規定することにより得られる。この構造体は、図２及び図３に示される構造体と等価に作用する。実際、これら図面に示される同じ構造体も使用可能であるが、錐状体ではなくここでは畝様構造体が用いられている。
【００７５】
底面ＢＰＬは、第１の色の光Ｌ１及び／又は第２の色の光Ｌ２が当該スペクトルの２つの小分け部分に分離され３つ又は４つの異なる小分け部分（色とも称される）が得られるように位置づけられる他の反射型カラーフィルタを有しなければならない。或いは、カラーフィルタの幾つかを、第１の偏光状態の光を反射し他の偏光状態の光に対して透過性のある反射型偏光フィルタに置き代えてもよい。底面ＢＰＬは、第１の色の光Ｌ１及び第２の色の光Ｌ２を分離したままとするように構成される反射器ＲＥを有する。図示の実施例では、反射器ＲＥは、当該畝部と同じ方向に延び、２つのフィルタＣＦ１０とＣＦ２０との間に位置づけられる。
【００７６】
光が３つの色に分離される必要がある場合、カラーフィルタの１つの下方に何ら他の色分離フィルタを必要としないが、他の色分離構造体は、他のカラーフィルタＣＦ１０の下方に必要となる。当該他の色分離構造体は、隣接する２つの反射器ＲＥの間に設けられ、前述したような構成を持つようにすることができる。図８に示される実施例において、当該他の色分離構造体は、光Ｌ１を２つの小分け部分Ｌ１ａ及びＬ１ｂに分離するための異なる反射型カラーフィルタを備えた錐状構造体ＰＳＳ１，ＰＳＳ２を有する。光を４つの色に分離しなければならない場合、カラーフィルタＣＦ１０及びＣＦ２０の双方の下に他の色分離フィルタが必要である。
【００７７】
例えば、フィルタＣＦ１０は、赤色光を反射し青及び緑色光を透過する赤色フィルタであり、フィルタＣＦ２０は、緑色光を反射し赤及び青色光を透過する緑色フィルタである。隣接する２つの反射器ＲＥにより形成されるフィルタＣＦ２０の下の区切部において、青色光を給するために吸収型フィルタが設けられ、これにより赤色光だけがこの区切部を出て、例えば看視者に戻る形で反射した赤色光の量を変調する画素へ行かせるようにしてもよい。フィルタＣＦ１０の下方の区切部においては、青及び緑色光を分離するために色分離フィルタが設けられる。したがって、青及び緑色光をそれぞれ反射し、赤及び緑色光並びに赤及び青色光をそれぞれ透過する青及び緑色反射型フィルタを設けるのがよい。
【００７８】
代替例としては、図示の錐状体を、上面ＴＰＬの畝様構造体が延びる方向とは異なる方向に延びる畝様構造体に置き換えてもよい。好ましくは、底面ＢＰＬの畝様構造体は、上面ＴＰＬの畝様構造体に直角な方向に延びるのがよい。これら畝様構造体は、図８に示されるような錐状体を用いた実施例を凌いで好ましい。
【００７９】
図９Ａは、図８の底面の代替えの構造体の透視図を示しており、図９Ｂは、図８の底面のさらに他の構造体の上面を示している。なお、簡明に説明するため、図９Ａに示される構造は、９０度を超える回転がなされている。底面ＢＰＬの反射器ＲＥは、上面ＴＰＬの畝部とは別の方向に（好ましくは当該畝部に直角に）延びる必要がある。
【００８０】
図９Ａは、図８の上面ＴＰＬ上の畝状フィルタＣＦ１０，ＣＦ２０に直角な方向に延びる反射器ＲＥを持つ底面を示している。底面ＢＰＬは、ここではさらに、他の反射型カラーフィルタＣＦ３０及びＣＦ４０を形成するように畝様構造体を有する。好ましくは、これら反射器は、底面ＢＰＬが延在する平面に直角であるのがよい。
【００８１】
例えば、同じ赤色フィルタＣＦ１０及び緑色フィルタＣＦ２０が上面ＴＰＬにおいて用いられる場合、ここでも、青及び緑色フィルタＣＦ３０，ＣＦ４０を底面ＢＰＬにおいて用いることができる。
【００８２】
図９Ｂは、異なる反射型カラーフィルタＣＦＲ，ＣＦＧを備えた異なる錐状体ＰＲ，ＰＧが、当該錐状体のうちの１つにより反射した光が他のカラーフィルタを有する錐状体に向けられるような幾何学的形状を有するようにされた底面を示している。図９Ｂは、錐状体の底面は三角形であるが同じ作用を得るのに当該底面の多数の形状が選ばれることが可能な特定の実施例を示している。図示の例では、フィルタは赤Ｒ及び緑Ｇの反射型フィルタである。他の色又は色の代わりに偏光状態を用いてもよい。反射器ＲＥは、相互に向かって光を反射する異なる２つの反射型カラーフィルタＣＦＲ，ＣＦＧを各々が有する区切部を形成するよう当該錐状体のセクションを有する。好ましくは、フィルタＣＦＲ，ＣＦＧは、当該区切部において対称に位置づけられる。このような底面ＢＰＬはまた、図４に示される構造の代替例として上面ＴＰＬを伴うことなく使用可能である。
【００８３】
図１０は、光学分離フィルタを用いる表示装置を示している。この表示装置は、図に示されるＰｌｌ，Ｐｌｎ，Ｐｍｌ及びＰｍｎを有する画素のアレイのディスプレイ１を有する。画素は、選択電極６及びデータ電極５の交差部に関連づけられている。選択ドライバ４は、選択信号を選択電極６に供給し、データドライバ３は、データ信号をデータ電極５に供給する。処理及び制御回路２は、ディスプレイ１に表示すべき入力ビデオ信号ＶＩを受信し、信号ＤＡをデータドライバ３に、信号ＳＥを選択ドライバ４に供給する。大抵は、信号ＤＡは、入力ビデオ信号ＶＩを表すデータ及びデータ電極６へのデータ信号の供給を入力ビデオ信号ＶＩと同期化するためのタイミング信号を有する。信号ＳＥは、選択電極６への選択信号の供給をデータ信号の供給と同期化するためのタイミング情報を有する。大抵は、ディスプレイ１の行が１つずつ選択されるとともに、データ信号が選択された行に並列に供給される。
【００８４】
図１１は、光学分離フィルタを用いるソーラパネルを示している。このソーラパネルは、ＳＣａ（斜線の領域）及びＳＣｂ（斜線のない領域）により示される異なる２つのタイプのソーラセルに分割されるソーラセルＳＣ１１ないしＳＣｍｎを有する。単に例示の目的で、ソーラセルＳＣａ及びＳＣｂは、行及び列の方向に互いに交互に四角い形状とされる。ソーラセルＳＣ１１ないしＳＣｍｎは、他の形状を呈するものとしてもよく、マトリクス状に配置される必要はない。光学分離フィルタは、異なるソーラセルの感応性色レンジに最適に調整された２つの色範囲に入射光を分離するものとすることができる。
【００８５】
本発明による色分離フィルタは、周囲の屈折率ｎ０と漏斗状構造体Ｆ１，Ｆ２を提供するために用いられる材料の屈折率ｎ１の差を用いている。１次元において、ｎ１／ｎ０＊ｓｉｎ（α）だけ表面を減らすことができるとともに、光の全ては、出口領域に到達することになる。ここでαは、漏斗体Ｆ１，Ｆ２すなわち反射型フィルタＣＦ１，ＣＦ２が出口部ＯＡ１，ＯＡ２の面となす角度である。これは、光は高屈折率の材料に入るとき面の法線に向かって曲がるという事実に基づいている。出口部の表面積のさらなる減少は、入射光の量が戻るように反射されることになり、漏斗体の底部に到達しないというものである。したがって、漏斗体の高さが大きく角度αが９０度に達する場合、１次元における最大の圧縮はｎ１／ｎ０のファクタである。実用的な実施例において、この圧縮比は１．５である。しかし、高い屈折率の特定の材料を用いると最大圧縮比をもっと大きくすることができる。２次元では、（ｎ１／ｎ０）２の圧縮が可能である。２つの色を分離するためには１．４２の屈折率の比が必要であり、３つの色を分離するためには、１．７３の屈折率の比が必要である。したがって、漏斗体の入口領域と当該漏斗体の出口領域との比は、これら圧縮係数よりも大きなものではない。これは、１．５の屈折率の実用的な比を達成可能であれば、２つの色だけがフィルタの単一面内で分離可能であることを意味している。十分に高い屈折率ｎ１の材料が用いられると、３つの色が単一平面のフィルタで分離可能である。
【００８６】
本発明により、分離フィルタによって色を部分的に分離することが可能であり、望まない色を吸収するために吸収型カラーフィルタを付加することができる。光効率の一部は損なうものの、依然として、本発明の色分離フィルタを伴わずに各画素の上方の色吸収フィルタを用いたものを凌ぐ改善がある。
【００８７】
図１２は、調整された層厚さを有する層のスタック（又は堆積、積層若しくは積み重ね）を備えた光学フィルタの反射率の例を示している。反射率ＲＦは、縦軸に沿ってパーセンテージとして示されており、光の波長は、ｎｍ（ナノメートル）でλにより横軸に沿って示されている。反射型カラーフィルタは、異なる屈折率の材料を有する交互に配された層のスタックを作ることによって形成可能である。例えば、これら層の一方がＳｉＯ２により、他方がＴａ２Ｏ５により作られる。但し、それらの屈折率が異なり、これらが光に対して透過性のものであれば、他の適切な材料を用いることもできる。一般に、１つのＳｉＯ２層及び１つのＴａ２Ｏ５層の光学的厚さの合計によって決まる当該スタックの周期性は、当該スタックの層の反射率が最大を呈するところの波長を決定する。
【００８８】
図１２には一例が示されており、反射率ＦＣ１は、それぞれ１１１．６３ｎｍ及び７７．２７ｎｍの厚さを持つＳｉＯ２及びＴａ２Ｏ５の交互配置の層を有する１５個の層のスタックについての入射光の波長λの関数として示されている。反射率関数ＦＣ１の１次ピークＰ１は、２つの層の光学的厚さの合計が厳密に０．５波長である６５０ｎｍの波長に位置づけられている。光学的厚さの合計は、それぞれの屈折率により乗ぜられた物理的厚さの合計である。反射率ＦＣ２は、それぞれ７９．２６ｎｍ及び５４．８６ｎｍの厚さのＳｉＯ２及びＴａ２Ｏ５の交互の層を用いた１５の層のスタックについて入射光の波長λの関数として示される。反射率関数ＦＣ２の１次ピークＰ２は、２つの層の光学的厚さの合計が厳密に０．５波長である４５０ｎｍの波長に位置づけられる。したがって、この例では、関数ＦＣ１によって規定される第１の光学フィルタは赤色光を反射し、関数ＦＣ２によって規定される第２の光学フィルタは青色光を反射する。反射しない光は、当該光学フィルタを透過又は通過する。
【００８９】
なお、１１１．６３及び７９．２６と７７．２７及び５４．８６との各比は、同じである。したがって実際、反射率関数ＦＣ１により規定されるフィルタの層の光学的厚さは、全て、反射率関数ＦＣ２により規定されるフィルタを得るように同じ係数を用いて調整される。この例においては、当該調整係数は、ｓｉｎ（２３．５ｄｅｇ）／ｓｉｎ（１６．５ｄｅｇ）である。これら角度は、当該錐状構造体の頂角であり、角度のサインは、蒸着される層厚さの何分の１かを示すものである。
【００９０】
図１２は、反射ピークＰ１，Ｐ２の位置が当該スタックの層の層厚さに依存することを示している。これらの異なる層厚さは、錐体状部の側壁のそれらの底面に対する角度を適切に選択することによって得られる。この適切な角度は、当該錐体状部の高さ及び／又は底面の寸法を変えることにより選択することができる。ここで、光学フィルタが当該完成した構造体についての同じビーム束により錐体の表面上に堆積させられる場合、異なる錐状構造体の表面の角度の違いは、層厚さの違いをもたらし、これにより、当該スタックの層の反射光の色の違いをもたらすことになる。
【００９１】
異なる光学フィルタを得るために異なる形で当該錐体状部の高さが選択される実施例においては、下側錐体状部上に堆積されるスタック及びその層は、上側錐体状部上に堆積されるスタック及びその層よりも厚い。したがって、下の錐体状部上の光学フィルタは、ＦＣ１により示される反射率関数を呈し、上の錐体状部上の光学フィルタは、ＦＣ２により示される反射率関数を呈する。
【００９２】
但し、この調整の方策は、反射ピークＰ１，Ｐ２をシフトするだけのものであり、異なる反射率関数ＦＣ１，ＦＣ２の形状が殆ど影響を受けることがないものとすることができる。図１２に示される反射率関数ＦＣ１，ＦＣ２より、２つの光学フィルタの間の重要な重なりは、ピークローブＰ１，Ｐ２の他に縞があるために生じる。これによりシステムの性能を落とす可能性がある。何故なら、特定の光線は、ディスプレイ表面に到達することなく逆に反射するかもしれず、これによりコントラストが悪くなりうるからである。しかし、２つのフィルタのピークローブＰ１，Ｐ２の間にギャップが存在すると、特定の光線は正しい表示領域に到達せず、これにより色純度が落ちることもある。
【００９３】
もう１つの短所は、ピークＰ１，Ｐ２の位置が図１４において説明されるように光の入射角に依存することである。図１４から明らかになるのは、入射角が変わるときにピークの大幅なシフトが生じることである。これにより、或る角度についての２つの光学フィルタ間のオーバラップとその他の角度についての当該フィルタ間の波長ギャップが増大することになる。
【００９４】
本カラーフィルタは、（干渉）縞に伴う問題及び入射角による波長のフィルタ特性のずれに伴う問題の双方について最適化されることが可能である。２つのフィルタ間の重なりの量は、異なる２つの錐状体の側壁の角度の違いを適合することによって適合可能である。当該スタックにおける層の個々の厚さは、層の数に応じて、或る波長における縞を（部分的に）抑制するように選択することができる。例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の層の光学的層厚さが０．２５と０．２５ではなく０．１６６と０．３３３となるように選択されると、反射ピークの低い波長側の縞は、抑制される。これについては図１３に示される。
【００９５】
但し、沢山の層厚さについてフィルタの価値の形態を計算するコンピュータプログラムを用いることによっても、光学フィルタの間のクロストークを最適化することができる。このコンピュータプログラムは、その価値の形態を最適化し、その結果としてスタックの最適層厚さを提供する。最適化されたフィルタの一例が図１４に示される。図１４のフィルタに用いられる価値の形態は、２つの値の差である。第１の値は、フィルタとその調整されたバージョンとの間の重なりであり、第２の値は、当該フィルタ自体の反射率を２乗したもの、したがってフィルタのそれ自身との重なりである。価値の形態は、０ないし８０度の入射角を用いて４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長範囲について決められる。これら２つの値の相対的強度は調整可能である。この最適化方法により見出される層厚さの一例は、ここで次の表１により示される。この表においては、図１４に示されるフィルタの層厚さが７００ｎｍにおいて挙げられており、屈折率は、ｎＴａ２Ｏ５＝２．０９６とｎＳｉＯ２＝１．４５４５であり、倍率はｓｉｎ（２３．５ｄｅｇ）／ｓｉｎ（１６．５ｄｅｇ）である。
層        材料          厚さ（ｎｍ）    光学的厚さ（７００ｎｍ波長の数）
０        空気
１        ＳｉＯ２      １１９．７８０３      ０．２４９
２        Ｔａ２Ｏ５      ２２．９２９０      ０．０６９
３        ＳｉＯ２        ６５．２５８１      ０．１３６
４        Ｔａ２Ｏ５    １１９．７８９３      ０．３５９
５        ＳｉＯ２        ８７．０８９２      ０．１８１
６        Ｔａ２Ｏ５    １１３．４８３５      ０．３４０
７        ＳｉＯ２        ６４．１５２８      ０．１３３
８        Ｔａ２Ｏ５    １１１．４５５４      ０．３３４
９        ＳｉＯ２        ８８．０９７８      ０．１８３
１０      Ｔａ２Ｏ５    １０５．４４２８      ０．３１６
１１      ＳｉＯ２        ９９．９０７１      ０．２０８
１２      Ｔａ２Ｏ５    １１４．８１１６      ０．３４４
１３      ＳｉＯ２        ３４．８６２６      ０．０７２
１４      Ｔａ２Ｏ５    １１４．３５８６      ０．３４２
１５      ＳｉＯ２      １５５．８３０１      ０．３２４
１６      ガラス
【００９６】
この表１から明らかとなるように、その周期性は、まだ略０．５波長である。例えば、層４及び５，６及び７，８及び９のグループを参照すると、これらは、それぞれ０．５４，０．４７３，０．５１７の全光学的厚さを有する。光学的厚さの合計についての小さなばらつきは、縞の良好な抑制をなす。Ｔａ２Ｏ５の層は、ＳｉＯ２の層よりも比較的に厚い。図１４は、縞が大幅に減少していることを示している。但し、結果として得られるフィルタは理想的なものではなく、色純度とコントラストとのトレードオフである。
【００９７】
図１３は、同じスタックにおける異なる層が幾分か異なる厚さを有するものとした層のスタックを有する光学フィルタの反射率の一例を示している。反射率ＲＦは、縦軸に沿ってパーセンテージとして示され、光の波長は、ｎｍでλにより横軸に沿って示される。参照用に図１２に既に示した反射率関数ＦＣ１が図１３にも示されている。反射率関数ＦＣ３は、当該スタックにおける異なる層の異なる厚さを選択することにより縞の振幅を減らすことができることを示している。図１３において示される例では、反射率関数ＦＣ３はＳｉＯ２及びＴａ２Ｏ５の１５個の層のスタックにより得られる。ＳｉＯ２の層は、７４．４２ｎｍの厚さを有し、Ｔａ２Ｏ５の層は、１０３．０３ｎｍの厚さを有する。
【００９８】
図１４は、入射光の異なる入射角についての調整された層の厚さによる光学フィルタの反射率を示している。反射率ＲＦは、縦軸に沿ってパーセンテージとして示され、光の波長は、ｎｍでλにより横軸に沿って示される。２つの光学フィルタの波長の関数としての反射率が示される。フィルタ当たりの３つの曲線は、３つの異なる入射角の反射率を示している。第１のフィルタは、７０度、４５度及び０度の入射角それぞれの曲線Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３により規定される。第２のフィルタは、７０度、４５度及び０度の入射角それぞれの曲線Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３により規定される。２つのフィルタの層厚さは、ｓｉｎ（２３．５ｄｅｇ）／ｓｉｎ（１６．５ｄｅｇ）の倍率を有する。第１のフィルタは、第２のフィルタよりも薄い層を有する。層の厚さは、縞により生じるクロストークを抑制するように表１に従って決定される。錐体状部の側壁の角度は、反射率関数の重なりを最小化し、しかもまだ最適な色純度が得られるように選択されるのがよい。
【００９９】
図１５は、それぞれ用いられる２次及び１次反射ピークの調整された層厚さを持つ２つの光学フィルタの反射率を示している。反射率ＲＦは、縦軸に沿ってパーセンテージとして示され、光の波長は、ｎｍでλにより横軸に沿って示される。
【０１００】
好ましくは、層のスタックは、２つの層の多数のグループを有するのがよい。２つの層の各グループは、同じ順序で同じタイプの層を有する。同じグループの２つの層の屈折率は、異なる。グループにおける対応の層の厚さは異なるものとしてもよいが、グループの厚さは実質的に同じものとするのが好ましい。層のグループのこのようなスタックの反射率の１次ピークは、半分の波長が層のグループの厚さに等しいものになる光に対して生じる。当該スタックの反射率の２次ピークは、１波長が層のグループの厚さに等しい光、したがってより短い波長の光に対して生じる。反射率のもっと高い次元のピークは、さらに短い波長において生じる。或いは、３つ以上の層を層のグループに存在させるようにしてもよい。
【０１０１】
図１２及び図１４に示される本発明によるカラーフィルタの実施例は、２つのスタックの反射率の１次ピークを用いる。したがって、より厚い層による最も厚いスタックは、より長い波長においてその反射率のピークを呈することになる。
【０１０２】
図１５に示されるカラーフィルタの実施例では、光学分離フィルタは、第１及び第２の光学フィルタＣＦ１，ＣＦ２がそれぞれ上に設けられる第１及び第２のグループの錐体状部ＰＥ１，ＰＥ２を有する。第１の光学フィルタＣＦ１は、関数ＣＦ２１により示される反射率を有し、第２の光学フィルタＣＦ２は、関数ＣＦ２２により示される反射率を有する。底面に対する第１の錐体状部ＰＥ１の側壁の角度は、底面に対する第２の錐体状部ＰＥ２の側壁の角度よりも小さい。例えば、第１のグループの錐体状部ＰＥ１は、第２のグループの錐体状部ＰＥ２よりも低い高さを有する。第２の光学フィルタＣＦ２の１次反射ピークＰ２２ａよりも短い波長λ１において生じる第１の光学フィルタＣＦ１の２次反射ピークＰ２１ｂを得るように、スタックの種々の厚さが選択される。例えば、青色光に対して第１の光学フィルタＣＦ１の反射率ＣＦ２１の２次反射ピークＰ２１ｂと赤色光に対して第２の光学フィルタＣＦ２の反射率ＣＦ２２の１次反射ピークＰ２２ａとを得るように角度が選ばれる。
【０１０３】
好ましくは、スタックは、第１の光学フィルタＣＦ１の１次反射ピークＰ２１ａと第２の光学フィルタＣＦ２の２次反射ピークＰ２２ｂとの双方が光の可視域ＶＲの外にあるように選択されるのがよい。例えば、第１の光学フィルタＣＦ１の２次反射ピークＰ２１ｂは、青色光について生じ、第１の光学フィルタＣＦ１の１次反射ピークＰ２１ａは、赤外の赤色範囲において生じうる。
【０１０４】
なお、反射の２次ピークの使用は、所定の周期性の光学フィルタは、２つの光学的層厚さの合計が波長の半分に一致するところの光を反射するだけではないという特性に基づいている。このようなフィルタは、例えば１つの完全な波長が層の２つの光学的厚さの合計に一致する場合に、より高次のものも反射するのである。しかし２つの層の各々を厳密に０．５波長の厚さとすることは、２次ピークの削除をもたらす。２つの層の異なる厚さを例えば０．３３及び０．６６とすると、２次ピークの発生となる。このフィルタは、全ての錐体状部ＰＥ１，ＰＥ２の全てに蒸着される。このようなフィルタを上側の錐体状部ＰＥ２の急傾斜の表面に蒸着して、可視域ＶＲにおいて１次ピークＰ２２ａが生じるようにすることにより、当該可視域外の比較的短い波長において２次ピークＰ２２ｂとなる。調整により、下側の錐体状部ＰＥ１の勾配の緩い表面上には、１次ピークＰ２１ａが、１次ピークＰ２２ａよりも長い波長において生じ、２次ピークＰ２１ｂが２次ピークＰ２２ｂよりも長い波長において生じる。第１及び第２の錐体状部ＰＥ１，ＰＥ２の角度の一方と他方との適切な差を選択することにより、２次ピークＰ２１ｂは、１次ピークＰ２２ａよりも短い波長において生じ、１次ピークＰ２１ａは、可視域ＶＲ外の比較的長い波長において生じる。
【０１０５】
この方策によって、フィルタの種々の最適化をなすことが可能となる。フィルタ毎に両側のゼロ反射を伴う１つの反射ピークを最適化することに代えて、ここでは間にゼロ反射を伴う２つの反射ピークを最適化しなければならない。この方策の他の利点は、２次反射ピークは大抵は１次反射ピークよりも鋭利な境界を有し、もって２つのフィルタ間により小さな重なりをもたらすことである。表１について説明したものと同様の最適化方法により見出される層厚さは、ここで次の表２において示される。かかる表では、層厚さが５００ｎｍで挙げられており、屈折率は、ｎＴａ２Ｏ５＝２．１４６及びｎＳｉＯ２＝１．４６１５であり、倍率がｓｉｎ（２３．５ｄｅｇ）／ｓｉｎ（１６．５ｄｅｇ）である。
層        材料        厚さ（ｎｍ）      光学的厚さ（５００ｎｍ波長の数）
０        空気
１        ＳｉＯ２      １１１．３０９９        ０．３２５
２        Ｔａ２Ｏ５    １０４．３３５          ０．４４８
３        ＳｉＯ２      ２０５．８１９７        ０．６０２
４        Ｔａ２Ｏ５    １５０．６３２５        ０．６４７
５        ＳｉＯ２        ５８．６７１１３      ０．１７１
６        Ｔａ２Ｏ５    １８０．５１０３        ０．７７５
７        ＳｉＯ２        ８２．４３４８１      ０．２４１
８        Ｔａ２Ｏ５    １７８．７２４          ０．７６７
９        ＳｉＯ２        ９０．２２７１５      ０．２６４
１０      Ｔａ２Ｏ５    １７８．８８２８        ０．７６８
１１      ＳｉＯ２        ９３．１９５５９      ０．２７２
１２      Ｔａ２Ｏ５    １８０．６９３４        ０．７７６
１３      ＳｉＯ２        ８１．４６７６３      ０．２３８
１４      Ｔａ２Ｏ５    １７２．６２３６        ０．７４１
１５      ＳｉＯ２          ６．８８３１１５    ０．０２０
１６      ガラス
【０１０６】
結論として、２つ以上のタイプの反射型カラーフィルタが異なる高さの錐体状部を用いることにより一連の同じステップで蒸着可能であることを説明してきた。これら異なるフィルタは、全ての層の厚さの調整によって互いに関係づけられる。２つの色を持つシステムを用いるために２つの実現可能性が存在する。第１には、２つの錐状体の下側において、赤色波長範囲における１次反射ピークを有するフィルタが蒸着され、その錐体状部の高さは、同じステップにおいて蒸着される上側の錐体状部上のフィルタは、青色範囲における１次反射ピークを有するように選択される。第２には、下側の錐体状部において、青色の波長範囲における２次反射ピークを有するフィルタが蒸着され、その錐体状部の高さは、同じステップにおいて蒸着される上側錐体上のフィルタが赤色において１次の反射ピークを有するように選択される。
【０１０７】
第１の方策において、フィルタは、両側にゼロ反射を持つ１つの反射ピークを有するのが好ましい。第２の方策において、フィルタは、間にゼロ反射を持つ２つの反射ピークを有するのが好ましい。
【０１０８】
好ましくは、フィルタの最適化は、散乱（これによる波長の屈折率の依存性）及び／又はピーク反射が入射角の変化にり生じるところの波長の変化を考慮するのがよい。さらに、層厚さは、縞が（部分的に）抑制されるように調整されることが可能である。
【０１０９】
利点と思われるのは、当該錐状体を横切る光の不均等な入射角があるので、カラーフィルタを不均等なものとすることである。これにより、光の入射角が当該錐状体の底面においてカラーフィルタとより直角なものとなり、また当該錐状体の頂点においてより斜めになる傾向があるので好都合となる。この不均等な被覆を、説明した２つのフィルタタイプの双方に用いることができる。不均等な被覆は、例えば、カラーフィルタを錐体状の穴にスパッタリングすることによって得ることができる。堆積のフラックスすなわち層の厚さは、それが当該穴へ入るので減少する。
【０１１０】
なお、上述した実施例は本発明を限定するというより例証するものであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく数多くの代替え実施例を構成することができる。
【０１１１】
例えば、看視者が定義された場合、色分離フィルタは、看視者とディスプレイの反射型画素との間にある。但し、当該画素がそれらの透過状態を変調していれば、この看視者は当該ディスプレイの近くに位置づけられ、ディスプレイは看視者と色分離フィルタとの間にある。
【０１１２】
単に１次ピークを用いることに代えて、２次（又は３次など）のピークだけを用いることもできる。但し、これは、概して厚めの層を導くものである。また、２次フィルタの上部に１次フィルタを重ねることもできる。これは、同じフィルタにおいて０．５及び１．０の周期性を導く。或いは、２つの錐状構造体の上側について１次ピークを、２つの錐状構造体の下側について２次ピークを用いることに代えて、２次及び３次（などの）ピークを用いるようにしてもよい。
【０１１３】
単に２つのタイプの層を用いることに代えて、３つ又はこれを超える数のタイプの層を用いることもできる。
【０１１４】
さらに、３つ以上の異なる高さを持つ錐状構造体を用いることができる。これにより、例えば次の３つの錐状体の高さとなる。すなわち、１）３つの錐状構造体の全てが１次フィルタを有する、２）最下部の錐状構造体が２次フィルタを有し他の２つは１次フィルタを有する、又は３）最下部の２つの錐状構造体が２次フィルタを有し最上部の錐状構造体が１次フィルタを有する、というものである。
【０１１５】
上記カラーフィルタはまた、３つ以上の異なる色を分離するように実現可能である。
【０１１６】
本発明による光学分離フィルタは、例えば、ｅインクディスプレイ、ＬＣＤ、電気湿式ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイなどの幾つかのディスプレイと共働作用することができる。好ましくは、ディスプレイは拡散反射ディスプレイとするのがよい。何故なら、このようなディスプレイは最良の視認性のある画像を提供するからである。理想的ではないフィルタ特性又は構造上の機械的ずれによる色誤差を回避するために吸収性カラーフィルタを追加することは有利になる場合がある。
【０１１７】
複数色への分離を説明した箇所では、部分的にオーバラップする可能性のある小分けスペクトルにスペクトルを分離することを意味している。可視スペクトルが小分けスペクトルに分離されると、これら小分けスペクトルは異なる色として視認可能となる。カラーフィルタに代えて偏光フィルタを用いてもよく、これにより、両偏光の光が異なる画素に方向づけられ、もって全ての入射光がその半分だけではなく用いられるという効果を奏する。
【０１１８】
本発明による光学分離フィルタは、ＬＣＤなどの背面照射型ディスプレイに用いることもできる。
【０１１９】
全ての実施例を可視光について説明してきたが、可視スペクトル外のスペクトルの異なる部分を分離するために本発明を用いることもできる。したがって、赤外光、紫外線光、ｘ線などに本発明を用いることができる。
【０１２０】
請求項において、括弧内に付された参照符号は、当該請求項を制限するものと解釈してはならない。「有する」なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の単数表現は、このような要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、複数の個別の要素を有するハードウェアにより、また、適切にプログラムされたコンピュータにより実現可能である。複数の手段を列挙している装置の請求項において、これら手段のうちの幾つかが同一のアイテムのハードウェアにより具現化されることも可能である。或る特定の方策が相互に異なる従属請求項に挙げられているに過ぎない点は、これら方策の組み合わせを活用することができないことを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示す図。
【図２】ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示す図。
【図３】ディスプレイの画素と組み合わされる光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示す図。
【図４】光学分離フィルタの実施例の上面を概略的に示す図。
【図５】出口領域において吸収性カラーフィルタを有する光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示す図。
【図６】反射器を有する光学分離フィルタの実施例の断面を概略的に示す図。
【図７Ａ】入射光を３つの原色に分離する光学分離フィルタの上面の平面図を概略的に示す図。
【図７Ｂ】入射光を３つの原色に分離する光学分離フィルタの底面の平面図を概略的に示す図。
【図８】反射器を有する光学分離フィルタの上面及び底面の透視図を概略的に示す図。
【図９Ａ】図８の底面の代替例の構成の透視図。
【図９Ｂ】図８の底面の他の代替例の構成の上面図。
【図１０】光学分離フィルタとともに用いられる表示装置を示す図。
【図１１】光学分離フィルタとともに用いられるソーラーパネルを示す図。
【図１２】調整された層厚さを有する層のスタックを持つ光学フィルタの反射率の例を示す図。
【図１３】同じスタックにおける異なる層が異なる厚さを有する層のスタックを伴う光学フィルタの反射率の一例を示す図。
【図１４】入射光の種々の入射角についての調整された層厚さを伴う光学フィルタの反射率の例を示す図。
【図１５】２次及び１次の反射率ピークをそれぞれ用いた、調整された層厚さを持つ２つの光学フィルタの反射率の一例を示す図。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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