(57)【要約】  本明細書に記載される実施形態は、サブ波長寸法を有するナノ構造半透過型フィルタに関する。一実施形態では、半透過型フィルタは、ある波長範囲内のフィルタリングされた光を透過し、この第１の波長範囲内にない光を反射する膜積層体を含む。膜積層体は、基板上に配置された第１の厚さを有する第１の金属膜と、第１の金属膜上に配置された第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に配置された第３の厚さを有する第２の金属膜と、第２の金属膜上に配置された第４の厚さを有する第２の誘電体膜とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある波長範囲内のフィルタリングされた光を透過し、前記波長範囲内にない光を反射する、基板上に配置された膜積層体であって、
前記基板上に配置された、第１の厚さを有する第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に配置された、第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、
前記第１の誘電体膜上に配置された、第３の厚さを有する第２の金属膜と、
前記第２の金属膜上に配置された、第４の厚さを有する第２の誘電体膜と、
を含む膜積層体を含む半透過型フィルタ。
【請求項２】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、銀（Ａｇ）を含み、
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜が、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項３】
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約１５ｎｍ〜約３０ｎｍであり、
前記第２の厚さが、約３５ｎｍ〜約９０ｎｍであり、
前記第４の厚さが、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項４】
前記第１の厚さ、前記第２の厚さ、前記第３の厚さ、および前記第４の厚さが、約６５ｎｍの半値全幅を有する約６３０ｎｍの第１のピーク波長、約６５ｎｍの半値全幅を有する約５３３ｎｍの第２のピーク波長、または約６５ｎｍの半値全幅を有する約４３４ｎｍの第３のピーク波長に対応する第１の波長範囲の第１のフィルタリングされた光を透過するように制御される、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項５】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約２５ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約７５ｎｍであり、前記第４の厚さが、約７０ｎｍであり、
前記波長範囲が、約５９２ｎｍ〜約６５２ｎｍであり、
前記フィルタリングされた光が、赤色に対応する、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項６】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約２５ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約６０ｎｍであり、前記第４の厚さが、約５２ｎｍであり、
前記波長範囲が、約５０５ｎｍ〜約５６１ｎｍであり、
前記フィルタリングされた光が、緑色に対応する、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項７】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約２５ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約３５ｎｍであり、前記第４の厚さが、約３６ｎｍであり、
前記波長範囲が、約４４８ｎｍ〜約５０２ｎｍであり、
前記フィルタリングされた光が、青色に対応する、請求項１に記載の半透過型フィルタ。
【請求項８】
複数の膜積層体を含む半透過型フィルタであって、
前記複数の膜積層体が、前記複数の膜積層体に垂直な光が前記半透過型フィルタに向けられるときに、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光を透過し、前記第１の波長範囲内にない光を反射し、前記複数の膜積層体に平行な光が前記半透過型フィルタに向けられるときに、第２の波長範囲内の第２のフィルタリングされた光を透過し、各膜積層体が、前記複数の膜積層体に平行な光が前記半透過型フィルタに向けられるときに、前記第２の波長範囲内の前記第２のフィルタリングされた光の透過を可能にする幅およびピッチを有し、各膜積層体が、
基板上に配置された、第１の厚さを有する第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に配置された、第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、
前記第１の誘電体膜上に配置された、第３の厚さを有する第２の金属膜と、
前記第２の金属膜上に配置された、第４の厚さを有する第２の誘電体膜と、
を含む、半透過型フィルタ。
【請求項９】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、銀（Ａｇ）を含み、
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜が、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む、請求項８に記載の半透過型フィルタ。
【請求項１０】
前記幅が、約５０ｎｍであり、前記ピッチが、約１００ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約４０ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約９０ｎｍであり、前記第４の厚さが、約８５ｎｍであり、
前記第１の波長範囲が、約１０５ｎｍの半値全幅を有する約６４４ｎｍのピーク波長に対応し、
前記第１のフィルタリングされた光が、赤色に対応し、前記複数の膜積層体に垂直な光が、交差偏光に対応し、
前記第２の波長範囲が、約４００ｎｍ〜約５７７ｎｍであり、
前記第２のフィルタリングされた光が、シアン色に対応し、前記複数の膜積層体に平行な光が、共偏光に対応する、請求項８に記載の半透過型フィルタ。
【請求項１１】
前記幅が、約６０ｎｍであり、前記ピッチが、約１２０ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約２５ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約６５ｎｍであり、前記第４の厚さが、約９０ｎｍであり、
前記第１の波長範囲が、約１０５ｎｍの半値全幅を有する約５５５ｎｍのピーク波長に対応し、
前記第１のフィルタリングされた光が、緑色に対応し、前記複数の膜積層体に垂直な光が、交差偏光に対応し、
前記第２の波長範囲が、約５５５ｎｍ〜約６８２ｎｍであり、
前記第２のフィルタリングされた光が、イエロー色に対応し、前記複数の膜積層体に平行な光が、共偏光に対応する、請求項８に記載の半透過型フィルタ。
【請求項１２】
前記幅が、約７０ｎｍであり、前記ピッチが、約１４０ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＡｇからなり、
前記第１の厚さおよび前記第３の厚さが、約２５ｎｍであり、
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、本質的にＴｉＯ２からなり、
前記第２の厚さが、約４０ｎｍであり、前記第４の厚さが、約９５ｎｍであり、
前記第１の波長範囲が、約１０５ｎｍの半値全幅を有する約４６０ｎｍのピーク波長に対応し、
前記第１のフィルタリングされた光が、青色に対応し、前記複数の膜積層体に垂直な光が、交差偏光に対応し、
前記第２の波長範囲が、約４００ｎｍ〜約４９５ｎｍおよび６１５ｎｍ〜約７００ｎｍであり、
前記第２のフィルタリングされた光が、マゼンタ色に対応し、前記複数の膜積層体に平行な光が、共偏光に対応する、請求項８に記載の半透過型フィルタ。
【請求項１３】
白色光ガイドと、
前記白色光ガイドから光を受け取り、前記白色光ガイドに結合されている半透過型フィルタであって、前記半透過型フィルタが、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光を透過し、前記第１の波長範囲内にない光を反射する複数の膜積層体を含み、各膜積層体が、前記複数の膜積層体に平行な光の透過を制限する幅およびピッチを有し、各膜積層体が、
基板上に配置された、第１の厚さを有する第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に配置された、第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、
前記第１の誘電体膜上に配置された、第３の厚さを有する第２の金属膜と、
前記第２の金属膜上に配置された、第４の厚さを有する第２の誘電体膜と、
を含む、半透過型フィルタと、
前記半透過型フィルタに結合された薄膜トランジスタ液晶ディスプレイと、
前記薄膜トランジスタ液晶ディスプレイに結合された偏光子と、
を含むデバイス。
【請求項１４】
前記複数の膜積層体が、前記複数の膜積層体に平行な光の少なくとも６０％の透過を制限する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜が、銀（Ａｇ）を含み、
前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜が、酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本開示の実施形態は、概して、カラーフィルタを利用する装置に関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、サブ波長寸法を有するナノ構造半透過型フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、相補型金属‐酸化物‐半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、半導体電荷結合（ＣＣＤ）デバイス、およびスペクトル範囲にわたる光のフィルタリングを必要とする他のデバイスは、現在、顔料／染料ベースのカラーフィルタを利用している。顔料／染料ベースのカラーフィルタは、１つの色または色の帯域を透過させ、一方、透過されない他の色は、顔料／染料ベースのカラーフィルタによって吸収される。
【０００３】
［０００３］  しかしながら、吸収型フィルタは、透過されない光を吸収しているので、顔料／染料ベースのカラーフィルタは、経時的に劣化し、光感応性である。劣化および光感応性の結果、フィルタの寿命が制限され、フィルタが所望の色または色の帯域を繰り返し透過する能力が低下する。さらに、ＬＣＤデバイス、ＣＭＯＳデバイス、ＣＣＤデバイス、および光のフィルタリングを必要とする他のデバイスのサイズが小さくなるにつれて、より小さなフットプリントのフィルタに対する要求が高まっている。さらに、ディスプレイデバイスは、赤色、緑色、または青色（ＲＧＢ）のいずれかを透過する各フィルタを用いた加法カラーモードを利用し、プリンタデバイスは、シアン、マゼンタ、およびイエロー（ＣＭＹ）インクを用いた減法カラーモードを利用する。ディスプレイ画面に表示される画像を印刷するには、カラーモード間の変換を実行する必要がある。
【０００４】
［０００４］  従って、改良されたカラーフィルタおよびディスプレイデバイスが、当技術分野で必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
［０００５］  一実施形態で、半透過型フィルタが提供される。半透過型フィルタは、ある波長範囲内のフィルタリングされた光を透過し、この第１の波長範囲内にない光を反射する膜積層体を含む。膜積層体は、基板上に配置された第１の厚さを有する第１の金属膜と、第１の金属膜上に配置された第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に配置された第３の厚さを有する第２の金属膜と、第２の金属膜上に配置された第４の厚さを有する第２の誘電体膜とを含む。
【０００６】
［０００６］  別の実施形態で、半透過型フィルタが提供される。半透過型フィルタは、複数の膜積層体に垂直な光が半透過型フィルタに向けられているとき、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光を透過し、第１の波長範囲内にない光を反射し、複数の膜積層体に平行な光が半透過型フィルタに向けられているとき、第２の波長範囲内の第２のフィルタリングされた光を透過する複数の膜積層体を含む。各膜積層体は、複数の膜積層体に平行な光が半透過型フィルタに向けられているとき、第２の波長範囲内の第２のフィルタリングされた光の透過を可能にする幅およびピッチを有する。各膜積層体は、基板上に配置された第１の厚さを有する第１の金属膜と、第１の金属膜上に配置された第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に配置された第３の厚さを有する第２の金属膜と、第２の金属膜上に配置された第４の厚さを有する第２の誘電体膜とを含む。
【０００７】
［０００７］  さらに別の実施形態で、デバイスが提供される。デバイスは、白色光ガイド、白色光ガイドから光を受け取り、白色光ガイドに結合されている半透過型フィルタを含む。半透過型フィルタは、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光を透過し、第１の波長範囲内にない光を反射する複数の膜積層体を含む。各膜積層体は、複数の膜積層体に平行な光の透過を制限する幅およびピッチを有する。各膜積層体は、基板上に配置された第１の厚さを有する第１の金属膜と、第１の金属膜上に配置された第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に配置された第３の厚さを有する第２の金属膜と、第２の金属膜上に配置された第４の厚さを有する第２の誘電体膜とを含む。デバイスは、半透過型フィルタに結合された薄膜トランジスタ液晶ディスプレイと、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイに結合された偏光子とを、さらに含む。
【０００８】
［０００８］  本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかし、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液晶ディスプレイデバイスの概略断面図である。
【図２】一実施形態による液晶ディスプレイデバイスの概略断面図である。
【図３】一実施形態による、偏光不感応性である半透過型フィルタの概略等角図である。
【図４】一実施形態による液晶ディスプレイデバイスの概略断面図である。
【図５】一実施形態による、偏光感応性である半透過型フィルタの概略等角図である。
【図６Ａ−６Ｂ】一実施形態による、加法カラーモードの赤色と減法カラーモードのシアン色との間で切り替え可能な半透過型フィルタの概略断面図である。
【図６Ｃ−６Ｄ】一実施形態による、加法カラーモードの緑色と減法カラーモードのイエロー色との間で切り替え可能な半透過型フィルタの概略断面図である。
【図６Ｅ−６Ｆ】一実施形態による、加法カラーモードの青色と減法カラーモードのマゼンタ色との間で切り替え可能な半透過型フィルタの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［００１７］  理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素は、可能であれば、同一の参照番号を使用して示してある。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる列挙なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが、企図される。
【００１１】
［００１８］  本明細書に記載される実施形態は、サブ波長寸法を有するナノ構造半透過型フィルタに関する。一実施形態では、半透過型フィルタは、ある波長範囲内のフィルタリングされた光を透過し、この第１の波長範囲内にない光を反射する膜積層体を含む。膜積層体は、基板上に配置された第１の厚さを有する第１の金属膜と、第１の金属膜上に配置された第２の厚さを有する第１の誘電体膜と、第１の誘電体膜上に配置された第３の厚さを有する第２の金属膜と、第２の金属膜上に配置された第４の厚さを有する第２の誘電体膜とを含む。
【００１２】
［００１９］  図１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス１００の概略断面図である。ＬＣＤデバイス１００は、複数の吸収性赤色画素１１０ｒ１、１１０ｒ２、．．．、１１０ｒＮ、吸収性緑色画素１１０ｇ１、１１０ｇ２、．．．、１１０ｇＮ、および吸収性青色画素１１０ｂ１、１１０ｂ２、．．．、１１０ｂＮを含む。複数の吸収性赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）画素１１０は、ＲＧＢカラーモードに対応する。
【００１３】
［００２０］  入射光１１２は、白色光ガイド１０２によって第１の偏光子１０４に向けられ、第１の偏光子１０４は、第１の偏光子１０４に垂直な入射光１１２を透過させる一方、第１の偏光子１０４に平行な入射光１１２が遮断されることを可能にする。第１の偏光子１０４に垂直な入射光１１２は、交差偏光として知られ、第１の偏光子１０４に平行な入射光１１２は、共偏光として知られる。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）画素などのＬＣＤ画素１０６は、入射光１１２の一部が共偏光１１４になる一方、残りの入射光１１２が交差偏光されるように、入射光１１２の回転を誘起する。複数の吸収性ＲＧＢ画素１１０は、赤１１６ｒ、緑１１６ｇ、または青１１６ｂなどの１つの色を透過させる一方、他の２つの色が吸収されることを可能にする。第２の偏光子１０８は、赤１１６ｒ、緑１１６ｇ、または青１１６ｂなどの、共偏光された１つの色を透過させる。
【００１４】
［００２１］  複数の吸収性ＲＢＧ画素が、他の２つの色を吸収するので、複数の吸収性ＲＢＧ画素は、経時的に劣化し、光感応性であり、その結果、複数の吸収性ＲＢＧ画素の寿命が制限され、複数の吸収性ＲＢＧ画素が１つの色を繰り返し透過する能力が低下する。さらに、ディスプレイ画面上に表現される画像を印刷するためには、ＲＧＢカラーモードとＣＭＹカラーモードとの間の変換を行う必要がある。
【００１５】
［００２２］  図２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス２００の概略断面図である。ＬＣＤデバイス２００は、複数の第１の半透過型フィルタ２０１ａ１、２０１ａ２、．．．、２０１ａＮ、第２の半透過型フィルタ２０１ｂ１、２０１ｂ２、．．．、２０１ｂＮ、および第３の半透過型フィルタ２０１ｃ１、２０１ｃ２、．．．、２０１ｃＮを含む。
【００１６】
［００２３］  入射光１１２は、白色光ガイド１０２によって第１の偏光子１０４に向けられ、第１の偏光子１０４は、第１の偏光子１０４に垂直な入射光１１２を透過させる一方、第１の偏光子１０４に平行な入射光１１２が遮断されることを可能にする。第１の偏光子１０４に垂直な入射光１１２は、交差偏光として知られ、第１の偏光子１０４に平行な入射光１１２は、共偏光として知られる。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）画素などのＬＣＤ画素１０６は、入射光１１２の一部が共偏光１１４になる一方、残りの入射光１１２が交差偏光されるように、入射光１１２の回転を誘起する。複数の半透過型フィルタ２０１Ｎは、共偏光１１４を受け取り、第１の波長範囲内のフィルタリングされた光２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを白色光ガイド１０２へ反射する。第１の波長範囲内にない光２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃは、入射光１１２として第１の偏光子１０４に向け直される。第２の偏光子１０８は、共偏光されたフィルタリングされた光２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを透過させる。
【００１７】
［００２４］  図３は、偏光不感応性である半透過型フィルタ２０１の概略的な等角図である。膜積層体３０４は、基板３０２上に配置された第１の厚さ３１６を有する第１の金属膜３０６ａと、第１の金属膜３０６ａ上に配置された第２の厚さ３１８を有する第１の誘電体膜３０８ａと、第１の誘電体膜３０８ａ上に配置された第３の厚さ３２０を有する第２の金属膜３０６ｂと、第２の金属膜３０６ｂ上に配置された第４の厚さ３２２を有する第２の誘電体膜３０８ｂとを含む。第１の金属膜３０６ａおよび第２の金属膜３０６ｂは、銀（Ａｇ）または任意の他の高反射性材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の金属膜３０６ａおよび第２の金属膜３０６ｂは、同じ材料からなる。第１の厚さ３１６および第３の厚さ３２０は、約１５ｎｍ〜約３０ｎｍである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の厚さ３１６および第３の厚さ３２０は、実質的に同じであり、例えば、２５ｎｍである。第１の金属膜３０６ａおよび第２の金属膜３０６ｂの厚さを厚くすると、透過ピークの帯域幅は狭くなるが、透過ピークの振幅は小さくなる。第１の誘電体膜３０８ａおよび第２の誘電体膜３０８ｂは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または高い屈折率および低い吸光係数を有する任意の他の材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の誘電体膜３０８ａおよび第２の誘電体膜３０８ｂは、同じ材料からなる。第２の厚さ３１８は、約３５ｎｍ〜約９０ｎｍであり、第４の厚さ３２２は、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第２の厚さ３１８と第４の厚さ３２２とは異なる。
【００１８】
［００２５］  第１の金属膜３０６ａの第１の厚さ３１６、第１の誘電体膜３０８ａの第２の厚さ３１８、第２の金属膜３０６ｂの第３の厚さ３２０、および第２の誘電体膜３０８ｂの第４の厚さ３２２は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた光２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを、７０％を超える効率で反射するように制御される。
【００１９】
［００２６］  第１の金属膜３０６ａ、第１の誘電体膜３０８ａ、および第２の金属膜３０６ｂは、第１の波長範囲を透過するように特定の厚さで設計された位相補償エタロンを形成する。第２の厚さ３１８は、透過のピーク波長を決定する。第１の厚さ３１６および第３の厚さ３２０は、透過スペクトルの帯域幅を決定する。第４の厚さ３２２を有する第２の誘電体膜３０８ｂは、第１の金属膜３０６ａ、第１の誘電体膜３０８ａ、および第２の金属膜３０６ｂに封止を提供することに加えて、反射防止コーティングとして機能する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、４つの膜の屈折率および厚さは、第１の波長範囲内の光を透過し、第１の波長範囲内にない光を反射するように選択される。
【００２０】
［００２７］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の金属膜３０６ａは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ３１６を有する。第１の誘電体膜３０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約７５ｎｍの第２の厚さ３１８を有する。第２の金属膜３０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ３２０を有する。第２の誘電体膜３０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約７０ｎｍの第４の厚さ３２２を有する。膜積層体３０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた光２２０ａを透過し、第１の波長範囲内にない光２１２ｂ、２１２ｃを白色光ガイド１０２へ反射する。フィルタリングされた光２２０ａは、約５９２ｎｍ〜約６５２ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約６５ｎｍの半値全幅を有する、約６３０ｎｍ（赤色）のピーク波長に対応する。ピーク波長で入射光１１２の約６３％が透過され、第１の波長範囲内にない光の６％未満が透過される。
【００２１】
［００２８］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、第１の金属膜３０６ａは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ３１６を有する。第１の誘電体膜３０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約６０ｎｍの第２の厚さ３１８を有する。第２の金属膜３０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ３２０を有する。第２の誘電体膜３０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約５２ｎｍの第４の厚さ３２２を有する。膜積層体３０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた光２２０ｂを透過し、第１の波長範囲内にない光２１２ａ、２１２ｃを白色光ガイド１０２へ反射する。フィルタリングされた光２２０ａは、約５０５ｎｍ〜約５６１ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約６５ｎｍの半値全幅を有する、約５３３ｎｍ（緑色）のピーク波長に対応する。第１の波長範囲の約７０％が透過され、第１の波長範囲内にない光の１２％未満が透過される。
【００２２】
［００２９］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態では、第１の金属膜３０６ａは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ３１６を有する。第１の誘電体膜３０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約３５ｎｍの第２の厚さ３１８を有する。第２の金属膜３０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ３２０を有する。第２の誘電体膜３０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約３６ｎｍの第４の厚さ３２２を有する。膜積層体３０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた光２２０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光２１２ａ、２１２ｂを白色光ガイド１０２へ反射する。フィルタリングされた光２２０ａは、約４４８ｎｍ〜約５０２ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約６５ｎｍの半値全幅を有する、約４３４ｎｍ（青色）のピーク波長に対応する。第１の波長範囲の約６８％が透過され、第１の波長範囲内にない光の１９％未満が透過される。
【００２３】
［００３０］  図４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス４００の概略断面図である。ＬＣＤデバイス４００は、複数の第１の半透過型フィルタ４０１ａ１、４０１ａ２、…、４０１ａＮ、第２の半透過型フィルタ４０１ｂ１、４０１ｂ２、…、４０１ｂＮ、および第３の半透過型フィルタ４０１ｃ１、４０１ｃ２、…、４０１ｃＮを含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の半透過型フィルタ４０１Ｎは、偏光感応性であり、白色光ガイド１０２に結合されている。
【００２４】
［００３１］  複数の半透過型フィルタ４０１Ｎは、メタ表面としても知られており、白色光ガイド１０２から入射光１１２（図示せず）を受け取る。図５に示されるように、各半透過型フィルタ４０１は、交差偏光された第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃを白色光ガイド１０２へ反射し、複数の膜積層体５０４に平行かつ共偏光された入射光１１２（図示せず）の透過を制限する、基板５０２上に形成された複数の膜積層体５０４を含む。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）画素などのＬＣＤ画素１０６は、フィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの一部が共偏光される一方、フィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの残りの部分が交差偏光のままであるように、フィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの回転を誘起する。偏光子４０８は、共偏光されたフィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの一部を透過させる一方、交差偏光された残りのフィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃが遮断されることを可能にする。それゆえ、複数の半透過型フィルタ４０１Ｎを含むＬＣＤデバイス４００では、光の損失が低減され、従って効率が向上する。例えば、複数の吸収性ＲＧＢ画素１１０を含むＬＣＤデバイス１００は、動作中にＬＣＤデバイス１００に導入される光の２／３も失う。ＬＣＤデバイス４００は、動作中にＬＣＤデバイス４００に導入される光の約７０％〜約９５％を放出する。したがって、ＬＣＤデバイス４００の効率は、最大３倍まで高めることができる。
【００２５】
［００３２］  図５は、半透過型フィルタ４０１の概略的な等角図である。半透過型フィルタ４０１は、複数の膜積層体５０４を含む。膜積層体５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、．．．、５０４ｎは、幅５１０とピッチ５１２を有する。ピッチ５１２は、第１の膜積層体５０４ａの第１の縁部５１４から隣接する第１の積層体５０４ｂの第１の縁部５１４までの距離から決定される。幅５１０およびピッチ５１２は、複数の膜積層体５０４に平行かつ共偏光された入射光１１２（図示せず）の透過を制限するように制御される。膜積層体５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、．．．、５０４ｎは、基板５０２上に配置された第１の厚さ５１６を有する第１の金属膜５０６ａと、第１の金属膜５０６ａ上に配置された第２の厚さ５１８を有する第１の誘電体膜５０８ａと、第１の誘電体膜５０８ａ上に配置された第３の厚さ５２０を有する第２の金属膜５０６ｂと、第２の金属膜５０６ｂ上に配置された第４の厚さ５２２を有する第２の誘電体膜５０８ｂとを含む。共偏光は、第１の金属膜５０６ａ内および第２の金属膜５０６ｂ内の電子の自由な運動を効果的に誘起し、これにより、膜積層体は、光を反射し従って透過を制限するであろう連続した金属膜のように挙動する。
【００２６】
［００３３］  第１の金属膜５０６ａおよび第２の金属膜５０６ｂは、銀（Ａｇ）または任意の他の高反射性材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の金属膜５０６ａおよび第２の金属膜５０６ｂは、同じ材料からなる。第１の厚さ５１６および第３の厚さ５２０は、約２５ｎｍ〜約４０ｎｍである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の厚さ５１６および第３の厚さ５２０は、実質的に同じであり、例えば、２５ｎｍである。第１の誘電体膜５０８ａおよび第２の誘電体膜５０８ｂは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）または高い屈折率を有するが低い吸光係数を有する任意の他の材料を含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の誘電体膜５０８ａおよび第２の誘電体膜５０８ｂは、同じ材料からなる。第２の厚さ５１８は、約３５ｎｍ〜約１００ｎｍであり、第４の厚さ５２２は、約３５ｎｍ〜約１００ｎｍである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第２の厚さ５１８と第４の厚さ５２２とは異なる。第１の金属膜５０６ａの第１の厚さ５１６、第１の誘電体膜５０８ａの第２の厚さ５１８、第２の金属膜５０６ｂの第３の厚さ５２０、および第２の誘電体膜５０８ｂの第４の厚さ５２２は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃを反射するように制御される。第１の金属膜５０６ａ、第１の誘電体膜５０８ａ、および第２の金属膜５０６ｂは、膜の材料特性および厚さに応じて、ある波長範囲を透過する共振器を形成する。第２の誘電体膜は、第１の金属膜３０６ａ、第１の誘電体膜３０８ａ、および第２の金属膜３０６ｂに封止を提供することに加えて、反射防止コーティングとして機能する。複数の膜積層体５０４は、約１０ｎｍ〜約４５ｎｍの幅５１０と、約１１５ｎｍ〜約１６０ｎｍのピッチ５１２とを有する。
【００２７】
［００３４］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約４０ｎｍの幅５１０および約１１５ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａおよび第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ５１６を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約８５ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約７５ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光４１０ａを透過し、第１の波長範囲内にない光４１２ｂ、４１２ｃをリサイクルのために白色光ガイドへ反射し、複数の膜積層体５０４に平行な入射光の少なくとも６０％の透過を制限する。フィルタリングされた偏光４１０ａは、約５６５ｎｍ〜約６９５ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、１３０ｎｍの半値全幅を有する、赤色に対応する約６３０ｎｍのピーク波長に対応する。交差偏光の場合、第１の波長範囲内のピーク波長の約８２％が透過される一方、約５７２ｎｍ（緑色）の波長の光の約５２％および約４７０ｎｍ（青色）の波長の光の約８４％が、白色光ガイド１０２へ反射される。共偏光の場合、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲にわたって光の４０％未満が透過される。
【００２８】
［００３５］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約４０ｎｍの幅５１０および約１１５ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａおよび第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ５１６を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約６５ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約９０ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光４１０ｂを透過し、第１の波長範囲内にない光４１２ａ、４１２ｃをリサイクルのために白色光ガイドへ反射し、複数の膜積層体に平行な入射光の約６０％の透過を制限する。フィルタリングされた偏光４１０ｂは、約５１３ｎｍ〜約６３１ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、１１８ｎｍの半値全幅を有する、緑色に対応する約５７２ｎｍのピーク波長に対応する。交差偏光の場合、第１の波長範囲内のピーク波長の約８０％が透過され、約６３０ｎｍ（赤色）の波長の光の約４１％および約４７０ｎｍ（青色）の波長の光の約７７％が、白色光ガイド１０２へ反射される。共偏光の場合、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲にわたって光の４０％未満が透過される。
【００２９】
［００３６］  本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約４０ｎｍの幅５１０および約１１５ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａおよび第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ５１６を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約４５ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約６０ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内のフィルタリングされた偏光４１０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光４１２ａ、４１２ｂを白色光ガイドへ反射し、複数の膜積層体５０４に平行な入射光の約６０％の透過を制限する。フィルタリングされた偏光４１０ｃは、青色（４７０ｎｍ）に対応する約４１６ｎｍ〜約５２４ｎｍの第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、１０８ｎｍの半値全幅を有する、青色に対応する約４７０ｎｍのピーク波長に対応する。交差偏光の場合、第１の波長範囲内のピーク波長の約８１％が透過され、約６３０ｎｍ（赤色）の波長の光の約６７％および約５７２ｎｍ（緑色）の波長の光の約５８％が、白色光ガイド１０２へ反射される。共偏光の場合、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲にわたって光の３５％未満が透過される。
【００３０】
［００３７］  図６Ａ〜図６Ｅは、加法カラーモードと減法カラーモードとの間で切り替え可能な半透過型フィルタ４０１の概略断面図である。幅５１０、ピッチ５１２、および膜厚は、入射光が複数の膜積層体５０４に平行であるときに、減法カラーに対応する第２の波長範囲内の第２のフィルタリングされた光６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃを透過するように制御される。第１の金属膜５０６ａの第１の厚さ５１６、第１の誘電体膜５０８ａの第２の厚さ５１８、第２の金属膜５０６ｂの第３の厚さ５２０、および第２の誘電体膜５０８ｂの第４の厚さ５２２は、入射光が複数の膜積層体５０４に垂直であるときに、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃを透過し、第１の波長範囲内にない光６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃを反射するように制御される。
【００３１】
［００３８］  図６Ａおよび図６Ｂは、加法カラーモードの赤色と減法カラーモードのシアン色との間で切り替え可能な半透過型フィルタ４０１の概略断面図である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約５０ｎｍの幅５１０および約１００ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａは、Ａｇからなり、約４０ｎｍの第１の厚さ５１６を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約９０ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約４０ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約８５ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、入射光が、複数の膜積層体５０４に垂直である、つまり交差偏光６０２であるとき、複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光６１０ａを透過し、第１の波長範囲の外で反射光６１２ａ、６１２ｂを反射する。第１のフィルタリングされた光６１０ａは、第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約１０５ｎｍの半値全幅を有する、約６４４ｎｍ（赤色）のピーク波長に対応する。６４４ｎｍ（赤色）で入射光の約７７％が透過され、５６０ｎｍ（緑色）の波長の光の約８０％および４６０ｎｍ（青色）の波長の光の約８４％が、白色光ガイド１０２へ反射される。図６Ａに示すように、入射光が、複数の膜積層体５０４に平行である、つまり共偏光６０４であるとき、複数の膜積層体５０４は、シアン色に対応する約４００ｎｍ〜約５７７ｎｍの第２の波長範囲内で第２のフィルタリングされた光６１４ａとして入射光の５０％超を透過する。
【００３２】
［００３９］  図６Ｃおよび図６Ｄは、加法カラーモードの緑色と減法カラーモードのイエロー色との間で切り替え可能な半透過型フィルタ４０１の概略断面図である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約６０ｎｍの幅５１０および約１２０ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約６５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約９０ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。図６Ｃおよび図６Ｄに示されるように、入射光が、複数の膜積層体５０４に垂直であるとき、つまり交差偏光６０２であるとき、複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光６１０ｂを透過し、第１の波長範囲の外で反射光６１２ａ、６１２ｃを反射する。第１のフィルタリングされた光６１０ｂは、第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約１０５ｎｍの半値全幅を有する、約５５５ｎｍ（緑色）のピーク波長に対応する。５５５ｎｍ（緑色）で入射光の約８６％が透過され、約６４４ｎｍ（赤色）のピーク波長を有する光の約４０％および約４６０ｎｍ（青色）のピーク波長を有する光の約６７％が、白色光ガイド１０２へ反射される。図６Ｃに示すように、入射光が、複数の膜積層体５０４に平行である、つまり共偏光６０４であるとき、複数の膜積層体５０４は、イエロー色に対応する約５５５ｎｍ〜約６８２ｎｍの第２の波長範囲内で第２のフィルタリングされた光６１４ｂとして入射光の５０％超を透過する。
【００３３】
［００４０］  図６Ｅおよび図６Ｆは、加法カラーモードの青色と減法カラーモードのマゼンタ色との間で切り替え可能な半透過型フィルタ４０１の概略断面図である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の膜積層体５０４は、約７０ｎｍの幅５１０および約１４０ｎｍのピッチ５１２を有する。第１の金属膜５０６ａは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第１の厚さ５１６を有する。第１の誘電体膜５０８ａは、ＴｉＯ２からなり、約４０ｎｍの第２の厚さ５１８を有する。第２の金属膜５０６ｂは、Ａｇからなり、約２５ｎｍの第３の厚さ５２０を有する。第２の誘電体膜５０８ｂは、ＴｉＯ２からなり、約９５ｎｍの第４の厚さ５２２を有する。図６Ｅおよび図６Ｆに示されるように、入射光が、複数の膜積層体５０４に垂直であるとき、つまり交差偏光６０２であるとき、複数の膜積層体５０４は、第１の波長範囲内の第１のフィルタリングされた光６１０ｃを透過し、第１の波長範囲の外で反射光６１２ａ、６１２ｂを反射する。第１のフィルタリングされた光６１０ｃは、第１の波長範囲内にある。第１の波長範囲は、約１０５ｎｍの半値全幅を有する、約４６０ｎｍ（青色）のピーク波長に対応する。４６０ｎｍ（青色）で入射光の約７９％が透過され、約６４４ｎｍ（赤色）のピーク波長を有する光の約７６％および約５５５ｎｍ（緑色）のピーク波長を有する光の約６２％が、白色光ガイド１０２へ反射される。図６Ｅに示すように、入射光が、複数の膜積層体５０４に平行である、つまり共偏光６０４であるとき、複数の膜積層体５０４は、マゼンタ色に対応する約４００ｎｍ〜約４９５ｎｍの第２の波長範囲内および約６１５ｎｍ〜約７００ｎｍの第３の波長範囲内で第２のフィルタリングされた光６１４ｃとして入射光の５０％超を透過する。
【００３４】
［００４１］  要約すると、改善されたカラーフィルタおよびディスプレイデバイスが、本明細書に記載されている。半透過型フィルタの総厚は約１００ｎｍで、顔料／染料ベースのフィルタの総厚の１０分の１であり、１００ｎｍ程度以下の可変画素サイズを持つカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）の画素として利用できる。サブ波長寸法を有する半透過型フィルタは、膜の寸法を調整することを通して透過ピークを選択することによって、カスタマイズ可能なスペクトル感度を可能にする。加えて、サブ波長寸法を有する膜積層体を利用することによって、偏光特異的フィルタリングが可能になる。膜積層体は、共偏光を制限するサブ波長寸法を有することができ、第１の偏光子の必要性を排除することによって、ディスプレイデバイスの厚さの低減を可能にする。膜積層体は、加法カラーモードと減法カラーモードとの間の偏光特異的色フィルタリングを可能にするサブ波長寸法を有することができる。
【００３５】
［００４２］  上記は、本開示の例に向けられているが、本開示の他のおよびさらなる例が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【国際調査報告】
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