(57)【要約】  偏光光源デバイスを操作および目視する光源デバイス、システム、および、方法に関する。光源デバイスは、支持基板と、複数の発光する非対称発光共振器およびその非対称発光共振器の列と、複数の光導波管２５の１つに関して電子カプリング領域に連結した複数の光導波管２５と、曲げ機構と、電子カプリング領域内に位置決めされると非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために複数の光導波管２５に沿って光を伝達するための複数の光導波管２５の各々に連結された光源５とを含む。
2008537789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源デバイスであって、
ａ．支持基板と、
ｂ．前記支持基板上にマトリクス状に定置され、複数の行および列を形成する複数の非対称発光共振器と、
ｃ．複数の光学導波管であって、前記非対称発光共振器の各々が前記複数の光学導波管の１つに関して電子カプリング領域と連結するように、前記基板上に位置決めされた複数の光学導波管と、
ｄ．前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構と、
ｅ．前記電子カプリング領域内に位置決めされると、前記非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために、前記複数の光学導波管に沿って光を伝達するための前記複数の光導波管の各々に連結された光源と、を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記光源は赤外光源を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の光源デバイスであって、
前記赤外光源はレーザ赤外光源を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記光源は発光ダイオードを含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
少なくとも１つの行における前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、かつ、前記長軸および短軸が同軸の連結する導波管に関して交番するように前記少なくとも１つの行内に位置決めされていることを特徴とする光源デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、ならびに、所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管に関して第１の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有し、かつ、第２の所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管とは異なった第２の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有するように、前記複数の非対称発光共振器の連結導波管に関して位置決めされていることを特徴とする光源デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記第１の所定の角度は約９０度であり、かつ、前記第２の所定の角度は約０度であることを特徴とする光源デバイス。
【請求項８】
請求項５に記載の光源デバイスであって、
前記非対称発光共振器は粗くされた表面を有することを特徴とする光源デバイス。
【請求項９】
請求項６に記載の光源デバイスであって、
前記非対称発光共振器は上方変換燐光体を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項１０】
請求項６に記載の光源デバイスであって、
発光性コーティングは前記粗くされた表面を覆って設けられていることを特徴とする光源デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
オーバーコーティングは前記複数の非対称発光共振器および光導波管を覆って設けられていることを特徴とする光源デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記曲げ機構は、前記導波管の前記一部分を曲げるために設けられた少なくとも１つの電極を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記曲げ機構は、前記導波管の前記一部分を曲げるために設けられた１対の電極を含むことを特徴とする光源デバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記曲げ機構は、少なくとも１つの非対称発光共振器の両側面上に配置され、前記複数の光導波管の少なくとも１つに隣接して通過する１対の電極を含み、これにより、前記１対の電極にわたり電圧が印加されると、前記少なくとも１つの導波管を前記電子カプリング領域内に移動させる場が生成されることを特徴とする光源デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光源デバイスであって、
制御機構は、前記連結非対称発光共振器からの発光の量を制御するために、前記少なくとも１つの導波管が前記電子カプリング領域内に移動する距離を制御するための前記１対の電極にわたる前記電圧の大きさを制御するために設けられていることを特徴とする光源デバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記複数の非対称発光共振器はセットにグループ化されており、前記漏れやすい共振器の各々は異なった色を発することを特徴とする光源デバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記複数の非対称発光共振器の少なくとも１つはリングの形状を有することを特徴とする光源デバイス。
【請求項１８】
請求項１に記載の光源デバイスであって、
前記複数の非対称発光共振器の少なくとも１つはディスクの形状であることを特徴とする光源デバイス。
【請求項１９】
複数の行および列を形成するパターンに定置された複数の非対称発光共振器、および、前記非対称発光共振器の各々が複数の光導波管の１つに隣接して位置決めされるように位置決めされた前記複数の光学導波管を有する光源デバイスからの可視光の発光を制御するための方法であって、
ａ．連結光学導波管に沿って光を伝達するための前記複数の光導波管の各々と連結された光源を設けるステップと、
ｂ．前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構を設けるステップと、
ｃ．前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にあり、かつ、光が前記連結光導波管に沿って伝達されると、可視光の発光が発生するように、前記曲げ機構および光源を制御することにより、前記複数の非対称発光共振器からの可視光の前記発光を選択的に制御するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
相対運動を引き起こすための曲げ機構は、各々または前記複数の非対称発光共振器と連結した１対の電極を含み、
前記１対の電極にわたって印加された電圧を制御することにより相対運動の大きさを制御するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、
前記光源は赤外光源を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記赤外光源はレーザ赤外光源を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、
前記光源は発光ダイオードを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、
前記曲げ機構は前記導波管の前記一部分を曲げるために設けられた少なくとも１つの電極を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法であって、
前記曲げ機構は前記導波管の前記一部分を曲げるために設けられた１対の電極を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法であって、
前記曲げ機構は、非対称発光共振器の少なくとも１つの両側面上に配置され、かつ、前記複数の光導波管の少なくとも１つに隣接して通過する１対の電極を含み、これにより、前記１対の電極にわたり電圧が印加されると、前記少なくとも１つの導波管を前記電子カプリング領域内に移動させる場が生成されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２７に記載の方法であって、
制御機構は、前記連結非対称発光共振器からの発光の量を制御するために、前記少なくとも１つの導波管が前記電子カプリング領域内に移動する距離を制御するための前記１対の電極にわたる電圧の大きさを制御するために設けられていることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法であって、
前記複数の非対称発光共振器はセットにグループ化されており、前記発光共振器の各々は異なった色を発することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２０に記載の方法であって、
前記複数の非対称発光共振器の少なくとも１つはリングの形状を有することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法であって、
少なくとも１つの行における前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、かつ、前記長軸および短軸が同軸の連結する導波管に関して交番するように前記少なくとも１つの行内に位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法であって、
前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、ならびに、所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管に関して第１の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有し、かつ、第２の所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管とは異なった第２の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有するように、前記複数の非対称発光共振器の連結導波管に関して位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１９に記載の光源デバイスであって、
前記第１の所定の角度は約９０度であり、かつ、前記第２の所定の角度は約０度であることを特徴とする光源デバイス。
【請求項３３】
立体視画像を目視するためのシステムであって、
ａ．マトリクス状に定置された複数の非対称発光共振器を有し、前記複数の非対称発光共振器の各々は長軸および短軸を有し、前記複数の非対称発光共振器は、偏光画像が２つの異なった偏光方向において生成されるようなパターンに定置されている画像ディスプレイデバイスと、
ｂ．前記異なった偏光方向の各々について前記偏光画像を目視するための偏光要素を有する目視用デバイスと、を含むシステム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記マトリクスは前記非対称発光共振器の複数の行および列を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のシステムであって、
少なくとも１つの行における前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、かつ、前記長軸および短軸が同軸の連結する導波管に関して交番するように前記少なくとも１つの行内に位置決めされていることを特徴とするシステム。
【請求項３６】
請求項３４に記載のシステムであって、
前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、ならびに、所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管に関して第１の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有し、かつ、第２の所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管とは異なった第２の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有するように、前記複数の非対称発光共振器の連結導波管に関して位置決めされていることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
請求項３４に記載のシステムであって、
前記第１の所定の角度は約９０度であり、かつ、前記第２の所定の角度は約０度であることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記ディスプレイはカラーディスプレイであることを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記ディスプレイは単色ディスプレイであることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記ディスプレイデバイスは、前記非対称発光共振器の各々が複数の光導波管の１つに関して電子カプリング領域に連結するように前記基板上に位置決めされた前記複数の光導波管と、
前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構と、
前記電子カプリング領域内に位置決めされると、前記非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために、前記複数の光導波管に沿って光を伝達するための前記複数の光導波管の各々に連結された光源と、をさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項４１】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記目視用デバイスは１対のメガネを含むことを特徴とするシステム。
【請求項４２】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記目視用デバイスは、前記２つの異なった偏光方向に対応した異なった偏光面を持つ回転多角形ミラーを含むことを特徴とするシステム。
【請求項４３】
立体視画像を生成するためのディスプレイデバイスであって、
マトリクス状に定置された複数の非対称発光共振器であって、各々が長軸および短軸を有し、偏光画像が２つの異なった偏光方向において生成されるようなパターンに定置されている複数の非対称発光共振器を、含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４４】
請求項４３に記載のディスプレイデバイスであって、
前記マトリクスは前記非対称発光共振器の複数の行および列を含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４５】
請求項４４に記載のディスプレイデバイスであって、
少なくとも１つの行における前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、かつ、前記長軸および短軸が同軸の連結する導波管に関して交番するように前記少なくとも１つの行内に位置決めされていることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４６】
請求項４４に記載のディスプレイデバイスであって、
前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、ならびに、所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管に関して第１の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有し、かつ、第２の所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管とは異なった第２の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有するように、前記複数の非対称発光共振器の連結導波管に関して位置決めされていることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４７】
請求項４４に記載のディスプレイデバイスであって、
前記第１の所定の角度は約９０度であり、かつ、前記第２の所定の角度は約０度であることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４８】
請求項４３に記載のディスプレイデバイスであって、
前記ディスプレイはカラーディスプレイであることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項４９】
請求項４３に記載のディスプレイデバイスであって、
前記ディスプレイデバイスは単色ディスプレイであることを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項５０】
請求項４３に記載のディスプレイデバイスであって、
前記ディスプレイデバイスは、
前記非対称発光共振器の各々が複数の光導波管の１つに関して電子カプリング領域と連結するように、前記基板上に位置決めされた前記複数の光導波管と、
前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構と、
前記電子カプリング領域内に位置決めされると、前記非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために、前記複数の光導波管に沿って光を伝達するための複数の光導波管の各々に連結された光源と、をさらに含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【請求項５１】
立体視画像を生成する方法であって、
ａ．２つの異なった偏光方向において画像を生成するパターンに定置された複数の非対称発光共振器を有する単一画像ディスプレイデバイスを設けるステップを含むことを特徴とする立体視画像を生成するための方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法であって、
前記マトリクスは前記非対称発光共振器の複数の行および列を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の方法であって、
少なくとも１つの行における前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、かつ、前記長軸および短軸が同軸の連結する導波管に関して交番するように前記少なくとも１つの行内に位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５２に記載の方法であって、
前記複数の非対称発光共振器は長軸および短軸を有し、ならびに、所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管に関して第１の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有し、かつ、第２の所定の数の前記複数の非対称発光共振器が、自身の連結導波管とは異なった第２の所定の角度に位置決めされた自身の長軸を有するように、前記複数の非対称発光共振器の連結導波管に関して位置決めされていることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５２に記載の方法であって、
前記第１の所定の角度は約９０度であり、かつ、前記第２の所定の角度は約０度であることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５１に記載の方法であって、
前記ディスプレイデバイスはカラーディスプレイであることを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５１に記載の方法であって、
前記ディスプレイデバイスは単色ディスプレイであることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５１に記載のディスプレイデバイスであって、
前記ディスプレイデバイスは、
前記非対称発光共振器の各々が複数の光導波管の１つに関して電子カプリング領域と連結するように、前記基板上に位置決めされた前記複数の光導波管と、
前記非対称発光共振器が前記電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構と、
前記電子カプリング領域内に位置決めされると、前記非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために、前記複数の光導波管に沿って光を伝達するための前記複数の光導波管の各々に連結された光源と、をさらに含むことを特徴とするディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
フラットパネル用光源であって、励起光を発光画素のパターン化アレイに分布（アドレス）させるために、光学導波管および他の薄膜構造体が使用されている光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネル用光源システムは、光空洞構造体内でのフォトルミネセンスの発生に基づく。光パワーは光学導波管、および、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを採用した新規のアドレス指定方式の使用を介して、制御された形で発光性画素に送達される。光源のエネルギー効率は、発光性画素において効率的で革新的なフォトルミネセンス性核種を採用したこと、および、画素内部で作用する励起プロセスを強化する光空洞構造の結果である。本システムは、現在の技術と比較して、生産するのに薄く、軽量、高パワー効率、かつ、費用競争力がある。本システムにより実現されるさらなる長所は、変化する照明状態における高輝度、大きな色域、視角非依存性、輝度および色品質を犠牲にしないサイズの拡張性、堅牢なソリッドステート構造、耐振性、および、サイズ非依存性を含む。本発明は、軍用、個人のコンピューターおよびデジタルＨＤＴＶシステム、マルチメディア、医療用および広帯域の画像形成ディスプレイ、ならびに、大画面ディスプレイシステムにおいて、潜在的な実用例を有する。防衛用の実用例は、フルカラー高解像度透視双眼鏡ディスプレイから６０インチ型デジタル指令センター用ディスプレイまでの範囲に及ぶことができる。この新しい光源システムは、フラットパネル光源システムにおいてフォトルミネセンスという物理現象を採用している。
【０００３】
従来の透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、色を表示する手段として色付き画素要素を作成するために、パターン化カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）とともに、白色のバックライトを使用している。偏光フィルムは光を偏光させる。従来の液晶ディスプレイにおける画素は、偏光性液晶の層の向かい合う側面上の２つの交差した偏光板構造と組み合わされた追加の液晶層の使用を介してオンまたはオフとされる。第１の向きを持つ電場に置かれると、追加の液晶は偏光を変化させない。電場が第２の向きに変更されると、追加の液晶は偏光を変化させる。偏光性液晶からの光が、第１の向きの偏光性フィルムの向きに対して９０度に配向されると、光はディスプレイを通過せず、そのため、暗点を作り出す。第２の向きにおいて、液晶は偏光を確かに回転させ、そのため、光は結晶および偏光性構造体を通過し、カラーフィルタアレイにより決定される色を有する輝点を作り出す。
【０００４】
ディスプレイを作成するためのこの従来の設計は、偏光を作るための偏光性フィルムを使用する必要性による不都合を被っている。光の約半分がバックライトから失われ、したがって、パワー効率を低下させている。正に重大なことに、偏光性フィルムにより提供されている不完全な偏光がディスプレイのコントラストを低下させている。さらに、白色光源から色付きの光を供給するためのカラーフィルタアレイの必要な追加使用が、パワー効率をさらに低下させている。三色赤緑青ディスプレイのための各カラーフィルタが白色光の３分の１を透過させれば、白色光の３分の２は失われる。したがって、バックライトにより発生された白色光の少なくとも８４％は失われる。
【０００５】
液晶ディスプレイにバックライトを供給するための有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の使用は知られている。例えば、「Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」と題された２００２年７月４日に公開されたジョン  ヒュン  キム他による米国特許出願公開第２００２／００８５１４３  Ａ１号明細書は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）について説明しており、同ディスプレイは、第１の基板および第２の基板、第１の基板の外部表面上に第１の絶縁層を差し挟むことにより形成された有機発光要素、有機発光要素の表面全体を覆って順に形成された第２の絶縁層および保護層、第１の基板上に形成された薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタを含めて第１の基板の表面全体を覆って形成されたパッシベーション層、パッシベーション層上に形成されて薄膜トランジスタに接続される画素電極、第２の基板上に形成された共通電極、ならびに、第１の基板と第２の基板との間に形成された液晶層を含む。
【０００６】
米国特許出願公開第２００２／００８５１４３  Ａ１号明細書におけるＬＣＤを製作するための方法は、第１の基板の外部表面上に第１の絶縁層を形成するステップ、第１の絶縁層上に有機発光要素を形成するステップ、有機発光要素の表面全体を覆って第２の絶縁層を形成するステップ、第２の絶縁層上に保護層を形成するステップ、第１の基板上に薄膜トランジスタを形成するステップ、薄膜トランジスタを含めて第１の基板の表面全体を覆ってパッシベーション層を形成するステップ、パッシベーション層上に画素電極を形成するステップ、および、第１の基板と第２の基板との間に液晶層を形成するステップを含む。しかし、この先行技術の設計は、ＬＣＤの効率を向上させるための手段を開示していない。
【０００７】
「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｆｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  Ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題されたマーティン  Ｂ．ウォークらに２００２年１１月２６日許諾の米国特許第６４８５８８４号明細書は、ディスプレイの効率を改善するための手段としてパターン化偏光発光装置の使用を開示している。この方法は、配向された電子的に活性な、または、発光性の材料の熱ドナーシートからレセプタへの選択的な熱移動を含んでいる。この方法は、偏光を発する有機電子発光性のデバイスおよびディスプレイを作成するために使用することができる。しかし、電子的に活性、または、発光性の材料の熱ドナーシートからレセプタへの不完全な配向が存在し続けるという問題は残っている。そのため、発せられた光の偏光は厳密には線形に偏光されず、したがって、光は不完全に偏光される。
【０００８】
したがって、偏光の生成の効率を改善する代案バックライト設計に対する必要性があり、そのため、かつ、それにより、その代案バックライトを組み込んだ液晶ディスプレイの全体的な効率を改善する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００８５１４３号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８５８８４号明細書
【特許文献３】米国特許第６４５９５３２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／００７５５６６号明細書
【特許文献５】米国特許第４２８１３４１号明細書
【特許文献６】米国特許第４５２３２２６号明細書
【特許文献７】米国特許第６０２８９７７号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／０００３９２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
当技術分野では、立体視ディスプレイも知られている。これらのディスプレイは、米国特許第６４５９５３２号明細書においてモンゴメリにより検討されているものなどの障壁スクリーン、および、米国特許出願公開第２００２／００７５５６６号明細書においてタットらにより検討されているレンチキュラレンズなどの光学要素を含む多くの技術を使用して形成することができる。これらの技術の各々は、ディスプレイからの光を狭い視角内に集中させ、自動立体視画像を提供する。残念ながら、これらの技術はディスプレイの感受される空間解像度を一般に低下させる。なぜなら、ディスプレイの列の半分が右目または左目のいずれかに画像を表示するために使用されているからである。これらのディスプレイはディスプレイの視角も狭め、ディスプレイ上に示されている立体視画像を多くのユーザが共有し、かつ、検討するための能力を低減させている。
【００１１】
今日まで最も商業的に成功した立体視ディスプレイの中には、データの１つのフレームからの光が右目または左目のみに進入することができ、かつ、右目画像および左目画像が高速に連続して示されるように、光を遮断する何らかの方法をどれもが採用したディスプレイがある。この領域では、能動シャッターガラスまたは受動偏光性ガラスを採用したディスプレイを含む２つの方法が採用されてきた。シャッターガラスを採用したシステムは、右目画像または左目画像のいずれかを表示する一方、視聴者は、ディスプレイからの光が適切な目のみへ通過することを可能にする能動ＬＣＤシャッターを装着する。この技術は、ユーザがディスプレイの完全な解像度を見ることを可能にし、かつ、ユーザが平面視から立体視に目視モードを切替えることを可能にするという長所を有する一方、ディスプレイの更新速度は一般に１２０Ｈｚのオーダにあり、各目には６０Ｈｚの画像を供給する。この比較的低いリフレッシュ速度において、もしディスプレイが単一の目視機会内で数分間より長く使用されたなら、ほとんどの視聴者は重大な不快感をもたらす「ちらつき」を経験する。たとえディスプレイがかなり速い速度でリフレッシュされても、ちらつきは、ディスプレイが大きい、および／または、輝度が強いとしばしば目視可能となる。
【００１２】
ビヤット（１９８１）（米国特許第４２８１３４１号明細書）は、どちらの目が各画像を見るかを選択するために偏光を利用した、ＣＲＴの前に設置されてシャッターガラスに非常に類似した性能を発揮する切替え可能偏光器を採用したシステムを説明している。このシステムは、シャッターガラスに対して、ユーザが能動ガラスを装着する必要はないという長所を有するが、その代わり、ちらつきを含む同じ短所から不都合を被っている。
【００１３】
リプトン（１９８５）（米国特許第４５２３２２６号明細書）は、ちらつきから不都合を被らないが、代わりに、２つの目に対して２つの画面から適切に画像を提示するための２つの独立したビデオディスプレイおよび２つの光学系を使用するディスプレイシステムを説明した。このディスプレイシステムは、ビヤットにより説明された切替え可能な偏光を採用したシステムと同様の視覚上のアーティフェクトからは不都合を被らない一方、このシステムは、２つの独立した視覚ディスプレイおよび追加の光学系を必要とし、そのようなシステムの費用の増加をもたらす。
【００１４】
以前、ニューサムは、米国特許第６０２８９７７号明細書において目視可能ディスプレイを生産するための上方変換蛍光体および光学マトリクスアドレス指定方式の使用を開示した。上方変換蛍光体は赤外光により励起される。可視光発生のこの方法は、可視光を生成するための直接の蛍光または燐光のような下方変換（発光）法よりも一般に効率が低い。本発明は、特定の発光性画素からの発光を活性化するために異なったアドレス指定方式が採用されていることが先行技術とは異なる。本明細書において開示されている方法およびデバイスは、２つの光学導波管が各発光性画素において交差することを必要としない。さらに、対称的な発光共振器の形態になった新規な光学的空洞構造体が、本発明における発光性画素のために開示されている。
【００１５】
加えて、米国特許出願公開第ＵＳ２００２／０００３９２８Ａ１号明細書において、ビッシェル他は、光学導波管から放射画素要素に光をカプリングするためのいくつかの構造体を開示している。励起エネルギーの幾分かを発光性媒体に再差向けするための反射性構造体の使用が開示されている。本発明において、発明者は、楕円形のリング、所謂競技用トラック、または、楕円形ディスク共振器の形態になった新規な非対称光学空洞構造体の使用を開示し、共振器自体は、可視光の発光に影響を及ぼすために変形されている。
【００１６】
最近、非対称マイクロディスク共振器の光学特性は、スンキュン  キム他による「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｒｏｍ  Ｆｅｗ−Ｍｉｃｒｏｎ−Ｓｉｚｅ  Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｋｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、８４、６、ｐｐｇ．８６１−８６３（２００４）に開示されている。このような非対称構造体は、楕円構造体の長軸に平行な偏光の軸を持つ偏光の発光を示す。偏光光源を作成するためのこのような非対称構造体の使用は、本発明の新規な特徴である。
【００１７】
このような共振器の使用は、光パワー送達導波管と発光性共振器画素との間のパワーカプリングの程度を変化させるための微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの使用を介して、発光強度の制御の新規な方法をさらに可能にする。このような手段は、電気通信用実用例のための光電フィルタへのパワーカプリングの制御において開示されている。この場合、この制御機能はフィルタを調整するために使用される。パワーカプリングに対する制御は、ミンチャン  Ｍ．リーおよびミン  Ｃ．ウーによる「Ａ  ＭＥＭＳ−Ａｃｔｕａｔｅｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｋ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」、ｐａｐｅｒ  ＭＣ３、２００３  ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＭＥＭＳ、１８−２１、Ａｕｇｕｓｔ  ２００３において説明されている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様によれば、
ａ．支持基板と、
ｂ．前記支持基板上にマトリクス状に定置され、複数の行および列を形成する複数の非対称発光共振器と、
ｃ．前記非対称発光共振器の各々が複数の光学導波管の１つに関して電子カプリング領域と連結するように、前記基板上に位置決めされた前記複数の光学導波管と、
ｄ．前記非対称発光共振器が電子カプリング領域にある時に制御するために、前記複数の光学導波管の少なくとも１つの一部分と前記連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構と、
ｅ．電子カプリング領域内に位置決めされると、非対称発光共振器の各々を選択的に活性化するために、複数の光学導波管に沿って光を伝達するための複数の光学導波管の各々に連結された光源と、を含む光源デバイスが提供される。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、複数の行および列を形成するパターンに定置された複数の非対称発光共振器、および、非対称発光共振器の各々が複数の光学導波管の１つに隣接して位置決めされるように位置決めされた複数の光学導波管を有する光源デバイスからの可視光の発光を制御するための方法であって、
ａ．連結光学導波管に沿って光を伝達するための複数の光学導波管の各々と連結された光源を設けるステップと、
ｂ．非対称発光共振器が電子カプリング領域にある時に制御するために、複数の光学導波管の少なくとも１つの一部分と連結非対称発光共振器との間に相対運動を引き起こすための曲げ機構を設けるステップと、
ｃ．非対称発光共振器が電子カプリング領域にあり、かつ、光が連結光学導波管に沿って伝達されると可視光の発光が発生するように、曲げ機構および光源を制御することにより、複数の非対称発光共振器からの可視光の発光を選択的に制御するステップと、を含む方法が提供される。
【００２０】
本発明のさらに他の態様によれば、
ａ．マトリクス状に定置された複数の非対称発光共振器を有し、複数の非対称発光共振器の各々は長軸および短軸を有し、複数の非対称発光共振器は、偏光画像が２つの異なった偏光方向において生成されるようなパターンに定置されている画像ディスプレイデバイスと、
ｂ．異なった偏光方向の各々について偏光画像を目視するための偏光要素を有する目視用デバイスと、を含む立体視画像を目視するためのシステムが提供される。
【００２１】
本発明のさらに他の態様によれば、
マトリクス状に定置された複数の非対称発光共振器であって、複数の非対称発光共振器の各々は長軸および短軸を有し、複数の非対称発光共振器は偏光画像が２つの異なった偏光方向において生成されるようなパターンに定置されている非対称発光共振器を含む立体視画像を生成するためのディスプレイデバイスが提供される。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、
ａ．２つの異なった偏光方向において画像を生成するパターンに定置された複数の非対称発光共振器を有する単一画像ディスプレイデバイスを設けるステップを含む立体視画像を生成するための方法が提供される。
【００２３】
本発明のこれらの、ならびに、他の態様、目的、特徴、および、長所は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明および添付の特許請求の範囲の検討から、ならびに、付属の図面を参照することにより、より明確に理解されよう。
【００２４】
本発明の上記の、ならびに、他の目的、特徴、および、長所は、以下の説明および図面とともに理解されると、より明らかになろう。図中、各図面に共通な同一の要素を指すために、可能な場合、同一な参照番号が使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１〜２を参照すると、本発明により作成されたフォトルミネセンス光源５システムが示されている。光源５システムは励起光を発せられる光に変換することにより機能する。示された実施形態において、図２に示すように、光源５における各画素１０は１つ以上のサブ画素からなり、サブ画素は一般に赤サブ画素１１、緑サブ画素１２、および、青サブ画素１３を含む。赤、緑、および、青以外の色は、これらの原色の混合によりもたらされる。そのため、個々のサブ画素の強度を制御することが画素１０の輝度および色の双方を調整する。当業者は、他の原色の選択が可能であり、かつ、完全なカラー光源につながることを理解されよう。光源における色の発生は、目視者による多波長発光の混合の結果である。この混合は、目視者の肉眼の空間解像度の限界を下回る独立した各サブ画素からの空間的に別個の異なった波長の発光の目視者による合成により達成される。一般に、カラー光源は、単一の可変カラー画素を構成する赤、緑、および、青の独立し、かつ、別個のサブ画素を有する。単色光源は、単一のカラー画素１０もしくはサブ画素（１１、１２、１３）の使用により、または、「白色」光を発光することができる単一の画素を構築することにより作成することができる。単色光源画素のスペクトル特性は、発光体または発光体の組合せの選択により決定される。白色光の発生は、米国特許第６７２７６４４Ｂ２号明細書においてハットウォーおよびヤングにより説明されたように、非対称発光共振器３０に対する多重ドーピング方式の使用を介して達成することができる。白色光の発生は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を生産するために液晶層と組合せて使用されているバックライト光源の生産に対して適切である。フォトルミネセンスは、各画素（またはサブ画素）要素から独立した波長の発光を生成するために使用されている。フォトルミネセンスは、多ステップフォトニック上方変換の諸プロセスおよびその結果起きる放射発光プロセス、直接的光吸収およびその結果起きる放射発光プロセス、または、光吸収に続く１つ以上のエネルギー転移ステップおよび最後にそれらの結果起きる放射発光プロセスを含む多くの物理的に異なったプロセスの結果として得ることができる。これらのプロセスの組合せの使用も、本発明の範囲内であると考えることができる。
【００２６】
図１は本発明により作成された光学フラットパネル光源５の概略上面図である。光源５は、光学行導波管２５と列電極２８との各交差位置に所在する（図２Ａ、Ｂ、および、Ｃに示された）非対称発光共振器３０を、各々が有する画素１０のマトリクスから構成される発光装置のアレイ７を含む。電源２２は光源アレイ１５を活性化するために使用される。光源アレイ１５は、各画素１０におけるフォトルミネセンスプロセスを励起するために使用される光パワーまたは光２０を供給する。典型的な光源アレイ要素１７はダイオードレーザ、赤外レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などとすることができる。これらはコヒーレントな、または、コヒーレントではない光源とすることができる。これらは紫外線、可視光、または、赤外線の光源とすることができる。光源アレイ要素１７と光学行導波管２５との間を１対１対応とすることができるか、または、代案として、単一の光源アレイ要素１７から出力された光２０を再差向け（リダイレクト）するための光学スィッチの使用を介して、多くの光学行導波管２５上に多重化された単一の光源アレイ要素１７があってもよい。
【００２７】
フォトルミネセンスフラットパネル光源システム５の主要構成部分は、誘電体導波管としても知られている光学行導波管２５である。２つの重要機能がこの導波管２５により提供されている。これらの導波管２５は光パワーを画素１０に閉じ込め、かつ、誘導する。いくつかのチャンネル導波管構造体は、米国特許第６０２８９７７号明細書に示されている。光学導波管はＴＭおよびＴＥ伝播モードに制限されなければならない。ＴＭおよびＴＥモードとは、光の場の向きが伝播の方向に垂直であることを意味する。このようにして光信号を閉じ込めている誘電体導波管は、チャンネル導波管と呼ばれる。埋め込みチャンネルおよび埋め込み帯状導波管は、提案されている光源技術に適用可能である。各導波管は被覆とコア層の組合せからなる。これらの層はガラス系またはポリマー系のいずれかの基板上に製作される。コアは被覆層よりも大きな屈折率を有する。コアは、パワーカプリングを行なわずに光パワーを共振器の先まで誘導する。光学行導波管２５と非対称発光共振器３０との間の距離を適切に調整すれば、パワーは非対称発光共振器３０にカプリングされる。非対称発光共振器３０において、カプリングされた光学的光パワーは、共振器材料を発光状態に駆動する。導波管２５および共振器３０は、リソグラフィのような微小電子技術を含む様々な従来技術を使用して製作することができる。これらの方法は、例えば、Ｗ．−Ｙ．チェン、Ｒ．グローバー、Ｔ．Ａ．イブラヒム、Ｖ．ヴァン、Ｗ．Ｎ．ハーマン、および、Ｐ．−Ｔ．ホーによる「Ｈｉｇｈ−Ｆｉｎｅｓｓｅ  Ｌａｔｅｒａｌｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ  Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ  Ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６（２）、ｐ．４７０に説明されている。刻印などのポリマー導波管の製作のための他の低コスト技術も使用できる。ナノ刻印法は、チュンイエン  チャオおよびＬ．ジェイ  ガオによる「Ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２０（６）、ｐ．２８６２に説明されている。製造方法としてのポリマー材料の光褪色は、ジョイス  Ｋ．Ｓ．プーン、ヤニー  フアン、ジョージ  Ｔ．パロクジ、および、アムノン  ヤリブによる「Ｗｉｄｅ−Ｒａｎｇｅ  Ｔｕｎｉｎｇ  Ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ  Ｂｙ  Ｔｈｅ  Ｐｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ  Ｏｆ  ＣＬＤ−１  Ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２９（２２）、ｐ．２５８４において説明されている。これは、光学マイクロ共振器の製造の後処理のための有効な方法である。広範な種類のポリマー材料はこの、および、類似の実用例において有用である。これらはフッ化ポリマー、ポリメチルアクリレート、液晶ポリマー、および、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリビニルアルコールなどの導電性ポリマーを含むことができる。これらの材料、および、加えて液晶ポリマーのクラスにある材料は、この実用例に適している（Ｘ．ワン他による「Ｌｉｑｕｉ���  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  （ＬＣＰ）  ｆｏｒ  ＭＥＭｓ」、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．ＭｉｃｒｏＥｎｇ、１３、（２００３）、ｐ．６２８−６３３．を参照）。このリストはこの実用例のために採用することができる材料の全てを含むものではない。
【００２８】
列電圧源１８および列電極２８の制御下での行導波管２５による（図２Ａ、Ｂ、および、Ｃに示された）非対称発光共振器３０の励起が、非対称発光共振器３０を発光させる。非対称発光共振器３０の励起は、行導波管２５、および、列電圧源１８からの多重コントローラ１９による列電極２８への制御電圧を介して、行光源アレイ要素１７からの図１に示された光２０の光ポンピング作用により引き起こされる。励起のプロセスは電子光学アドレス指定と呼ばれる座標のある行−列の電気的に活性化された光ポンピングプロセスである。当業者は、列および行の役割がこの光源５の性能に影響を及ぼさずに完全に相互に交換されることを知っていよう。
【００２９】
ここで、図２Ａを参照すると、電子光学アドレス指定は、光フラットパネル光源５（図１を参照）を形成している非対称発光共振器３０の（図示しない）アレイ７を制御するための方法として定義されている。図２Ａにおいて、３つのサブ画素１１、１２、および、１３を含む画素１０が示されている。電子光学アドレス指定において、発光していると見える特定の画素の選択は、特定の光学行導波管２５における光の励起と、特定のセットの列電極２８に印加された電圧との特定の組合せにより達成される。
【００３０】
非対称発光共振器３０は、行導波管２５への緊密な近接の結果として光２０の吸収を介してフォトルミネセンス状態に励起される。共振器３０と光学行導波管２５との間のエネルギーのカプリングの物理学は、当技術分野では周知である。このカプリングが行導波管２５と非対称発光共振器３０との間の光路長に決定的に依存していることは知られている。したがって、このカプリングは、２つの構造体を分離している距離（図６Ａおよび６Ｂに示されたｈ）により、または、屈折率を制御する様々な方法により制御することができる。屈折率を制御するための典型的な方法は、熱、光、および、電気的手段を含み、これらは周知である。これらの方法は、それぞれ熱光学的、光屈折的、および、電子光学的な方法に対応する。本明細書に開示されている本発明は、エネルギーカプリングを制御し、したがって、画素１０において発生されたフォトルミネセンス光の強度に影響を及ぼすために、ＭＥＭＳデバイスを介した距離パラメータの制御を利用している。一実施例において、非対称発光共振器３０は光透過性材料を含むが、発光フォトルミネセンス核種を組み込む（ドープしている）。非対称発光共振器のための基本材料は（フォトルミネセンス核種またはドーパントを除いた材料）、光学行導波管２５の材料と同じでも、異なってもよい。典型的な基本材料はガラス、半導体、または、ポリマーを含むことができる。
【００３１】
フォトルミネセンス核種またはドーパントは、様々な蛍光体または上方変換燐光体を含む、燐光体を含むことができる。特定のドーパントの選択は特定の非対称発光共振器３０の発光スペクトルを主に決定する。これらの発光体（蛍光体または燐光体）は無機材料とも有機材料ともすることができる。非対称発光共振器３０は、同共振器３０に、可視放射を発することにより電子光学アドレス指定に応答させるドーパントの組合せを含むことができる。ドーパントは、希土類および遷移金属イオンを単一または組合せのいずれかで、有機染料、発光ポリマー、または、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を作成するために使用される材料を含む。加えて、発光体は、ウィーズナーおよびオゥにより米国特許出願公開第ＵＳ２００４／０１０１８２２Ａ１号明細書において開示されたナノサイズのＣｄＳｅまたはＣｄＴｅなどの無機化学量子ドット、または、蛍光シリカ系ナノ粒子などの有機ナノ構造材料などの高発光性材料を含むことができる。このような材料の使用は、高発光性材料を生産するために当技術分野では知られている。使用可能な単一の希土類ドーパントはエルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム、ツリウム、プラセオジム、ネオジミウム（Ｎｄ）、および、イッテルビウムである。希土類共ドーパントのいくつかの組合せはイッテルビウム：エルビウム、イッテルビウム：ツリウム、および、ツリウム：プラセオジムを含む。単一の遷移金属ドーパントはクロム（Ｃｒ）、タリウム（Ｔｌ）、マグネシウム（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、および、ニッケル（Ｎｉ）である。遷移金属共ドーパントの他の組合せはＣｒ：ＮｄおよびＣｒ：Ｅｒを含む。上方変換プロセスは、様々な希土類イオンがドープされたいくつかの透明なフッ化物結晶およびガラスにおいて実証されている。特に、Ｅｒ3+がドープされたＣａＦ2である。この事例において、Ｅｒ３＋イオンの赤外上方変換は、２つの異なった色、赤（６５０ｎｍ）および緑（５５０ｎｍ）を発光するために引き起こすことができる。このシステムの発光は方向に関して自発性かつ等方性のものである。有機蛍光体はローダミンＢなどの染料を含むことができる。このような染料は周知であり、多年にわたり有機染料レーザの製作に応用されている。非対称発光共振器３０のための好ましい有機材料は、高真空熱蒸着により一般に堆積される低分子量有機ホスト−ドーパントの組合せである。本発明において使用されているホスト材料が、これらの材料が励起光２０の十分な吸収を有し、かつ、その励起エネルギーの大部分をＦｏｒｓｔｅｒエネルギー移転を介してドーパント材料に移転できるように選択されることも好ましい。当業者は、ホストとドーパント分子との間のエネルギーの無放射移転を含むＦｏｒｓｔｅｒエネルギー移転の概念について知っている。赤発光レーザのための有用なホスト−ドーパントの組合せの一例は、ホストとしてのアルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ）と、（１％の体積部分における）ドーパントとしての［４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチルー６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジルー９−エニル）−４Ｈ−ピラン］（ＤＣＪＴＢ）である。他のホスト−ドーパントの組合せは他の波長の発光のために使用することができる。例えば、緑において、有用な組合せは、ホストしてのＡｌｑと、（０．５％の体積部分における）ドーパントとしての［１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロー１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］キノリジンー１１−オネ］（Ｃ５４５Ｔ）である。他の有機発光材料は、高分子物質、例えば、同一出願人による米国特許第６１９４１１９Ｂ１号明細書およびその参照においてウォーク他により教示されているように、ポリフェニレンビニレン誘導体、ジアルコキシポリフェニレンビニレン、ポリパラフェニレン誘導体、および、ポリフルオレン誘導体とすることができる。
【００３２】
電子光学アドレス指定は、選択された非対称発光共振器３０に光２０を送達するために光学行導波管２５を採用している。非対称発光共振器３０は、光学フラットパネル光源５の基本的な構築ブロックとなっている。ここで、図２Ａ、２Ｂ、および、２Ｃを参照すると、赤色光４１、緑色光４２、および、青色光４３の非対称発光共振器３０の拡大上面図がそれぞれこれらの図に示されている。赤１１、緑１２、および、青１３の画素を作成するために赤色光４１、緑色光４２、および、青色光４３の発光共振器を使用して、フルカラー光学フラットパネル光源５を形成することができる。赤色、緑色、および、青色（４１〜４３）の光の発光の波長は、非対称発光共振器３０の形成において使用されたタイプの材料により制御される。特定の画素１０またはサブ画素（１１〜１３）の選択は、距離ｈを変化させ、かつ、非対称発光共振器３０への光２０のパワー移転の程度に影響を及ぼすためのＭＥＭＳデバイスの使用に基づく。各例において、光２０は特定の非対称発光共振器３０を励起するために適切な光学行導波管２５内に差向けられることに注意されたい。光２０を持つ特定の光学行導波管の励起と、特定のＭＥＭＳデバイスの励起との組合せを介して、列電極２８により制御されて、特定の画素１０（サブ画素）は励起される。非対称発光共振器３０は楕円形マイクロリングまたは楕円形マイクロディスクの形態を取ることができる。これらの形態はそれぞれ図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、５Ａ、５Ｂ、および、８に示されている。所謂競技用トラックまたは長円リング形の共振器などの他の非対称の形態も可能である。非対称発光共振器３０から発せられた光の輝度を高めるために、非対称共振器３０は、これが「漏れやすい」ものであるような形で製作されなければならないことに注意されたい。共振器空洞表面の表面粗さを高めることを含むが、これに限定されない空洞Ｑのこの低下を達成する多くの方法がある。加えて、非対称発光共振器３０を含む材料の屈折率を下げることもできる。
【００３３】
基板または支持体４５（図３を参照）は、シリコン、ガラス、または、ポリマー系の基板材料のいずれかで構築することができる。多くのガラスおよびポリマーの基板材料が市販されているか、または、この実用例のために直ちに作成される。このようなガラス材料は、珪酸塩、ゲルマニウム酸化物、ジルコニウムフッ化物、バリウムフッ化物、ストロンチウムフッ化物、リチウムフッ化物、および、イットリウムアルミニウムガーネットガラスを含む。図２Ａの線３−３に沿って取られた光学フラットパネル光源５の拡大断面図の概略は図３に示されている。列電極２８は簡略のために示されていない。基板４５上には、光学行導波管２５および非対称発光共振器３０を含む層３５が形成されている。このような埋め込みチャンネル導波管構造については、光学行導波管２５（コア）の屈折率が周囲の材料、本例では層３５よりも大きくなることは避けられない。層３５は本実施形態において被覆領域として機能している。任意層３２が示されており、これは、光学行導波管２５を光学的により良好に隔離するために、比較的低い屈折率の材料で作成することができる。頂部層５２は、下にある構造体の保護のために層３５の頂部表面４７上に設けられている。図３の場合、構造体全体が空気５５により取り囲まれて示されている。
【００３４】
集積半導体導波管光学系および微小空洞は、広範な実用例について、特に電気通信の実用例について大きな関心をかきたてた。本明細書に開示されている本発明は、この技術を電子光源に適用するものである。上述のように、空洞と導波管との間のエネルギー交換は空間的な距離に強く依存する。導波管と微小空洞との間の距離を制御することは、パワーカプリング、したがって、画素１０またはサブ画素（１１〜１３）の輝度を操作するための現実的な方法である。
【００３５】
理想的な共振器または空洞は、（サイクル当りのエネルギー損失に対する保存されているエネルギーの比である）高線質係数および小さなモード体積という特性を有する。誘電体の微小球形および微小円環の共振器は高線質係数を実証している。微小空洞は、高インデックス−コントラスト閉じ込めにより、高線質係数および極端に小さなモード体積を持つ光学共振器を構築するための潜在力を持っている。小さなモード体積は、小さな画素１０またはサブ画素（１１〜１３）の寸法が高解像度光源という要件に従うことを可能にする。非対称発光共振器３０にカプリングされた光２０の量に影響を及ぼすためのＭＥＭＳデバイス構造は、図４に示されている。図４は、電極の幾何学形状、フィールド線４６、および、それらの結果得られてパワーカプリングの変化に影響を及ぼすための下方静電気力４４を示す光学導波管の拡大断面図である。この例における静電気力を利用したＭＥＭＳアクチュエータは、共振器と光学行導波管２５との間の図６Ａに示された距離ｈを変化させるために導波管を移動させ、その結果、他の方法によっては達成することが困難である数桁の大きさで広範に調整可能な範囲のパワーカプリング比をもたらす。この機構に基づき、微小ディスク／導波管システムは、不足カプリングされた、精確カプリングされた、および、過剰カプリングされた状態において動的に動作させることができる。
【００３６】
最近、非対称微小ディスク共振器の光学特性はスンキュン  キム他により「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｒｏｍ  Ｆｅｗ−Ｍｉｃｒｏｎ−Ｓｉｚｅ  Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｋｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、８４、６、ｐｐｇ．８６１−８６３（２００４）に開示されている。このような非対称構造体は、偏光軸の軸が楕円構造体の長軸に平行である偏光された発光および指向性を示す。偏光光源を作成するためのこのような非対称構造体の使用は、本発明の新規な特徴である。
【００３７】
大きなＱの微小共振器において、１ミクロンの何分の１かだけ導波管と微小ディスクまたは微小リング共振器との間の隙間の間隔または距離ｈを変化させることは、光学行導波管２５から非対称発光共振器３０へのパワー移転における非常に重大な変化につながる。図５Ａは、非対称発光共振器３０、光学導波管２５、および、電極２８を示す図１の光源の拡大斜視図である。図５Ａに示されたように、懸垂された導波管が非対称発光共振器３０に緊密に近接して定置されている。長軸カプリングされた非対称共振器３０’が示されている。電子光学カプリング領域は共振器の短軸に隣接している。（図示されていない）最初の隙間（〜１μｍの幅）は大きく、そのため、導波管と共振器との間のカプリングはない。図５Ａを参照すると、懸垂された光学行導波管２５は、４つの静電隙間閉鎖アクチュエータ、電極２８により非対称発光共振器に向かって引っ張ることができる。したがって、カプリング係数は印加する電圧により変えることができる。高インデックス−コントラスト導波管では、カプリング係数が臨界距離に非常に敏感になっている。１μｍの変位が大きさで５桁を超える広い調整範囲のパワーカプリング比を達成できる。一般に、共振器の直径は２から１０ミクロンの範囲にある。楕円形微小ディスクは、同様の寸法の典型的な長軸および０．８０までの楕円率を有することができる。しかし、これらのサイズは光源のタイプおよび実用例、ならびに、構造体を製作するために使用される材料に依存して変化することがある。図５Ａにおいて、光学導波管２５は、非対称発光共振器３０への最大のパワー移転に影響を及ぼすように、下方に変位させて示されている。
【００３８】
図５Ａにおいて、偏光波５７’は非対称発光共振器３０から発光されて描かれている。明確さのために、多くのこのような偏光波５７’のうちの１つのみが描かれている。偏光波５７’はｚ’方向に伝播して示されている。参照の目的で、ｘ’、ｙ’、ｚ’右手座標系が図５Ａに示されている。発せられた偏光波５７’は、長軸ＭＪと平行なｙ’−ｚ’平面におけるとして示された同波５７’の偏光方向を添えて示されている。他の発せられた偏光波５７’は非対称発光共振器３０’から同様に偏光され、非対称発光共振器３０’の長軸に平行である偏光軸を有する。長軸カプリング非対称発光共振器３０’が示され、電子光学カプリング領域は共振器３０’の長軸ＭＪに隣接していることに注意されたい。示された実施形態において、長軸ＭＪは導波管２５に実質的に平行であり、かつ、短軸ＭＩは導波管２５に関して９０度の角度θに向けられている。
【００３９】
図５Ｂは、短軸非対称発光共振器３０”、光学導波管２５、および、電極２８を示す図１の光源の拡大斜視図である。図５Ｂは、図５Ａに示された構成に９０度に向けられた非対称発光共振器３０”を示している。この実施形態において、短軸ＭＩは導波管２５に実質的に平行であり、かつ、長軸ＭＪは導波管２５に関して９０度の角度βになっている。再び、明確さのために、単一の偏光波５７”が、ｚ’方向に伝播して示されている。この構成については、偏光波５７”の偏光が、長軸ＭＪに平行であるｘ’−ｚ’平面におけるものであることに注意されたい。他の発せられた偏光波５７”は、非対称発光共振器３０”から同様に偏光され、非対称発光共振器３０”の長軸に平行な偏光軸を有する。短軸カプリング非対称発光共振器３０”が示され、電子光学カプリング領域は共振器の短軸に隣接していることに注意されたい。
【００４０】
図５Ｃは、交番する長軸および短軸カプリング非対称発光共振器３０’、３０”の行を、同共振器の連結光学導波管２５および電極２８とともに示す図１の光源の一部分の拡大斜視図である。このような光源において、発せられた光の偏光は、図５Ｃにおいて光源を左から右に移動させると垂直から水平に交番する。個々の非対称発光共振器３０からの発光が個々に制御されるため、光の偏光特性も制御することができる。この制御は多くの実用例に対して有益である。例えば、図９に示されているように、本発明により作成された立体視ディスプレイ７０は、光源からの１つまたは他の偏光状態（それぞれ垂直または水平）に選択可能な偏光要素８５’および８５”を備えたガラス８０を有するビューワ７５とともに、この光源実施形態を使用して構築することができる。明らかに、これらの非対称発光共振器の他のパターンが可能であり、かつ、本発明の範囲内であると考えられる。例えば、しかし、限定としてでなく、発光共振器は、同じ方向における３つの隣接した共振器および９０度の向きにある次の３つを含むことができる。同様に、３つの隣接した行は、同じ行に、または、１つ、２つ、もしくは、所望の効果を満たすために適切なだけ多くの行ずつ交互のものとすることができる。示された本実施形態においては、発光共振器は９０度の所定の角度で向けられている一方、所望の効果を得るために他の角度関係を再び採用することができる。示された実施形態においては、発光共振器に対して２つの異なった向きが提供されており、所望の効果をもたらすために、３つまたはいかなる所望の数の向きも提供できることが考えられる。このことは、異なった人物が異なったガラスを使用して異なった、または、個人仕様の画像を目視することをもたらす。
【００４１】
図６Ａは、画素の発光強度を制御するために使用されるＭＥＭＳデバイスの位置を示す図５Ｂの光源の拡大断面図である。光学行導波管２５および発光リング共振器３０を取り囲む領域は、頂部表面４８を空気５５に露出させるためにエッチングされ後退されている。光学行導波管２５は、高度のカプリングを防ぐために、非対称発光共振器３０のエッジ部に整列され、かつ、垂直に変位されている。導波管２５は電気的に接地され、かつ、電子カプリング領域５８を形成する２つの端部における１対の電極２８により作動される。静電気力により、導波管は、非対称発光共振器３０に向かって下方に引っ張られ、隙間間隔ｈの低減をもたらす。光学行導波管２５は図６Ａにおける静止位置ｄにおいて示されている。図６Ａにおいて、光学行導波管２５と非対称発光リング共振器３０との間の距離は大きい。非対称発光共振器３０への光のカプリングが防止され、かつ、画素からの発光はない。
【００４２】
最初、制御電圧の印加のない状態で、光学行導波管２５は、臨界距離「ｈc」３１よりも有意に大きい距離により非対称発光共振器から分離されており（図６Ｃを参照）、かつ、そのため、非対称発光共振器３０からの発光はない。図６Ｂにおいて、垂直距離ｄ’が示され、この距離においては、光学行導波管２５と非対称発光共振器３０との間にある程度のカプリングが存在し、そのため、画素から発光が発生する。距離ｄ’を変化させることにより、画素からの発光の強度は、制御可能な形で変化させることができる。図６Ｃにおいて、距離ｄ”が示され、この距離ｄ”は、光学行導波管２５を臨界カプリング距離ｈcに定置し、かつ、それにより、パワーカプリングを最適化するために必要な光学行導波管２５の変位に対応する。この構成は、画素からの最大発光強度を生成する。非対称発光共振器は粗くされた表面６０を備えて示されていることに注意されたい。このことは以下に検討される。光学行導波管は、電気的伝導性をもたらすために適切にドープされたシリコンから製作することができる。代案として、光学行導波管は、上記に開示された光学的屈折率の要件を満たすポリマーなどの他の光学的に透明な導電性材料からも製作することができる。
【００４３】
図６Ｃに示された実施形態において、非対称発光共振器３０は、光学行導波管２５から臨界距離３１「ｈc」だけ間隔を空けられて示されている。励起光２０は非対称発光共振器３０の粗くされた頂部表面６０から発光され、この表面６０は、非対称発光共振器に光を漏れさせる。図６Ｃにおいて示されたように、発光層４９は非対称発光共振器内に定置されている。この層４９は、ポンピングまたは励起光２０を吸収し、かつ、ビューワに差向けられる可視光を上記に検討した発光プロセスを介して生成するフォトルミネセンス核種または発光体６５を含んでいる。発光層４９において生成された光の波長は、既に開示された材料の組成により決定される。発光層４９は、非対称発光共振器３０の頂部表面上に形成することができ、ならびに、図６Ｃに示されたように、非対称発光共振器の内部構造内に定置することもできる。図６Ｃは非対称発光共振器３０の底部表面３９から垂直に変位された発光層４９を示している。
【００４４】
図７は、非対称発光共振器３０のための代案実施形態を示す共振器要素の拡大断面図である。この実施形態において、発光体６５は非対称発光共振器３０内に均一に分布して示されている。
【００４５】
図８は、楕円形ディスクの形態になった代案共振器実施形態を示す拡大上面図である。臨界距離「ｈc」３１は、非対称発光ディスク６７共振器とともに示されている。リング、ディスク、楕円形、および、競技場トラックまたは長円形の構造体を含めて、共振器要素のために多くの構造体が実証されている。このような構造体への光パワーのカプリングは当業者には周知である。非対称発光共振器としてのこのような構造体の使用は、本発明の範囲内と考えられる。
【００４６】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、改変および変形は、本発明の範囲から逸脱せずに当業者により行えることを理解されよう。特に、光学行導波管２５が、同じ水平平面内に非対称発光共振器３０に隣接して定置でき、かつ、上記に示された垂直な変位よりもむしろ、横方向の、すなわち、平面内または水平の変位に影響を及ぼすことによりパワー移転のために調整できることは周知である。加えて、光学行導波管２５を、非対称発光共振器３０の周辺に隣接して非対称発光共振器３０の上方に定置することは有利とすることができる。この後者の場合、電子カプリング領域５８は非対称発光共振器３０のエッジ部の垂直に上方に定置され、パワー移転は非対称発光共振器３０の頂部表面を基準として光学行導波管２５の垂直変位により影響される。多くの他のこのような改変が可能であり、かつ、本発明の範囲内と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明により作成された光学フラットパネル光源の概略上面図である。
【図２Ａ】本発明により作成されたカラー光源のための赤色光発光非対称共振器の拡大上面図である。
【図２Ｂ】本発明により作成されたカラー光源のための緑色光発光非対称共振器の拡大上面図である。
【図２Ｃ】本発明により作成されたカラー光源のための青色光発光非対称共振器の拡大上面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取られた光学導波管の拡大断面図である。
【図４】電極の幾何学形状および静電気の力を示す光学導波管の拡大断面概略図である。
【図５Ａ】単一の長軸カプリング非対称共振器、単一の連結光学導波管、および、電極を示す図１の光源の一部分の拡大斜視図である。
【図５Ｂ】短軸カプリング非対称共振器、単一の連結光学導波管、および、電極を示す図１の光源の一部分の拡大斜視図である。
【図５Ｃ】複数の長軸短軸双方でのカプリングの非対称共振器、単一の連結光学導波管、および、電極を示す図１の光源の一部分の拡大斜視図である。
【図６Ａ】様々な強度位置において画素強度を制御するために使用されているＭＥＭＳデバイスの位置を示す図５Ｂの線６−６に沿って取られた図５Ｂの光源の拡大断面図である。
【図６Ｂ】様々な強度位置において画素強度を制御するために使用されているＭＥＭＳデバイスの位置を示す図５Ｂの線６−６に沿って取られた図５Ｂの光源の拡大断面図である。
【図６Ｃ】様々な強度位置において画素強度を制御するために使用されているＭＥＭＳデバイスの位置を示す図５Ｂの線６−６に沿って取られた図５Ｂの光源の拡大断面図である。
【図７】発光共振器のための代案実施形態を示す導波管および共振器要素の拡大断面図である。
【図８】ディスクの形態になった代案共振器実施形態を示す拡大上面図である。
【図９】本発明により作成された立体視目視者を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
５  光源、７  アレイ、１０  画素、１１  赤サブ画素、１２  緑サブ画素、１３  青サブ画素、１５  光源アレイ、１７  光源アレイ要素、１８  列電圧源、１９  多重コントローラ、２０  光、２２  電源、２５  行導波管、２８  列電極、３０  非対称発光共振器、３０’  長軸カプリング非対称発光共振器、３０”  短軸カプリング非対称発光共振器、３１  臨界距離、３２  任意層、３５  層、３９  非対称発光共振器の底部表面、４１  赤色光、４２  緑色光、４３  青色光、４４  力、４５  支持体／基板、４６  フィールド線、４７  頂部表面、４８  頂部表面、４９  発光層、５２  頂部層、５５  空気、５７’，５７”  光波、５８  電子カプリング領域、６０  粗くされた表面、６５  発光体、６７  非対称発光共振器ディスク、７０  立体視ディスプレイ、７５  ビューワ、８０  ガラス、８５’，８５”  偏光要素。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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