(57)【要約】【課題】　　本発明は、液晶ディスプレイ装置におけるディスプレイシステム用フィルタおよびディスプレイシステム、ならびに光を濾波あるいは画像を表示する方法を提供する。【解決手段】　ディスプレイシステム用のフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）であって、選択的に可動な濾波流体（２１、５０）を有する流体チャンバと、該流体チャンバに連結され、電界を発生させるように適合された複数の電極（６０、６１、６４、７２、７４、７６、７８、８２、８４、８６、８８）とを備え、電界を発生させることにより、前記濾波流体（２１、５０）を光学経路（３８、４２、４６、５３）に選択的に配置することができる、フィルタ。【選択図】　　　　図２
2004110041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ディスプレイシステム用のフィルタであって、選択的に可動な濾波流体を有する流体チャンバと、該流体チャンバに連結され、電界を発生させるように適合された複数の電極とを備え、電界を発生させることにより、前記濾波流体を光学経路に選択的に配置することができる、フィルタ。
【請求項２】
　前記フィルタであって、
　前記流体チャンバは、前記電極に電荷を印加して前記濾波流体を前記光学経路中に移動させることによって選択的に変更可能な表面特性を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
　前記フィルタであって、前記流体チャンバは疎水性領域を含み、前記電極は、局所的な電界を選択的に発生させて、前記流体チャンバの一部内に疎水性がより低い領域を生成するように構成される請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
　ディスプレイシステムであって、光を生成し、光学経路に沿って光を向けるように構成された照明源と、前記光学経路に複数の重なったフィルタを有する表示要素とを備え、前記光学経路は、光が前記複数の重なったフィルタを連続して通過するように配置されるディスプレイシステム。
【請求項５】
　前記フィルタは、それぞれ、選択的に可動な濾波流体を含む請求項４に記載のディスプレイシステム。
【請求項６】
　ディスプレイ装置であって、光を生成し、光学経路に沿って光を向けるように構成された照明源と、複数の表示要素を有する表示画面とを備え、前記表示要素はそれぞれ、選択的に変更可能な表面エネルギー特性を有するチャンバを備えた少なくとも１つの流体フィルタを含み、前記表面エネルギー特性を変更することにより、前記チャンバ内の濾波流体を前記光学経路の中／外に移動させるディスプレイ装置。
【請求項７】
　ディスプレイシステムに使用する表示要素であって、光透過エリアおよび第１の色の濾波流体を有する第１のフィルタと、光透過エリアおよび第２の色の濾波流体を有する第２のフィルタとを備え、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、入射光が前記第１のフィルタの前記光透過エリアおよび前記第２のフィルタの前記光透過エリアを順次進むように配置される表示要素。
【請求項８】
　光を濾波する方法であって、光を光学経路に沿って、濾波流体を有するフィルタに向けることを含み、前記フィルタは、前記光学経路中の光学経路領域および前記光学経路外のマスク領域をさらに有し、該方法はまた、前記濾波流体を前記光学経路領域中に移動させるように、前記フィルタに電界を選択的に印加することと、前記濾波流体を前記光学経路領域中に動かすことと、光が前記フィルタを通るときに、入射光を濾波することとを含む方法。
【請求項９】
　画像を表示する方法であって、光を生成するように構成された照明源を設けることと、光を光学経路に沿って、フィルタの光学経路領域に向けることと、前記フィルタの前記光学経路領域が選択的に濾波されるように、前記フィルタの状態を選択的に変更することとを含む方法。
【請求項１０】
　画像を表示するように構成されたディスプレイシステムであって、光を生成する照明手段と、光を光学経路に沿って、濾波流体を有するフィルタを通るように向けるガイド手段と、前記光学経路の少なくとも一部に前記濾波流体を選択的に配置する配置手段とを備えるディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、液晶ディスプレイ装置におけるディスプレイシステム用フィルタおよびディスプレイシステム、ならびに光を濾波あるいは画像を表示する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置が近年ますます普及してきた。通常、こういったディスプレイ装置は従来の陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイよりも薄型軽量であるという利点を示す。さらに、ＬＣＤ装置に必要な電力は通常、ＣＲＴディスプレイよりも少ない。
【０００３】
　ＬＣＤ装置は、その最も単純な形態では、２枚のガラス板および２枚の偏光フィルタの間に封入された液晶材料を含む。通常、外部光源が光をＬＣＤに向ける。たとえば、ＬＣＤを使用した大半のコンピュータでは、蛍光管および拡散板がＬＣＤへの光を散乱させる。光は通常、液晶材料を通るように向けられ、液晶材料はその状態に応じて、光をディスプレイに透過させるか、あるいは光を拡散させる。通常、液晶材料の状態は電極または切換装置を介して制御される。
【０００４】
　具体的には、ＬＣＤ中の偏光フィルタは、特定の方向からの光のみを透過させるように動作する。こういったフィルタにより、ディスプレイによって生成される光の量が大幅に減少する。このような光量の減少は、ディスプレイ全体の輝度を大幅に低下させてしまう。
【０００５】
　カラーＬＣＤ装置もまた、光損失の影響を受ける。たとえば、典型的なカラーＬＣＤ装置では、各ディスプレイのピクセルが、３つの別個のサブピクセル、すなわち赤サブピクセル、緑サブピクセル、および青サブピクセルを含む。各サブピクセルは通常、特定の波長の光を透過させるカラーフィルタを含む。このため、ＬＣＤ配列中の任意の原色を透過させるピクセルは、最大で全ピクセルの３分の１だけである。さらに、白色光は、各フィルタが赤、緑、および青の光を同時に透過させることによって認められる。不要な波長の濾波は、ディスプレイの輝度の低下に繋がる。輝度の低下を補償するために、高電力バックライトが採用される場合がある。しかし、かかる光はシステムの温度、重量、嵩、電力消費量、およびコストの増大を招く可能性がある。
【０００６】
　カラーＬＣＤ中のサブピクセルは、ディスプレイの解像度にもさらに影響を及ぼす可能性がある。上に概説したように、通常、カラーＬＣＤ装置はピクセル配列を含む。各ピクセルは、通常同一平面に配列されたサブピクセルを含み得る。構成に関わりなく、かかるサブピクセルはそれぞれ、特定量の物理スペースを必要とする。この物理スペース要件は、ＬＣＤ配列中にピクセルを詰め込むことができる密度に影響する。したがって、画面の解像度および明度の両方が、サブピクセルの物理的配列およびサイズによって制約を受け得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　本発明は、上記課題を解決し、液晶ディスプレイ装置におけるディスプレイシステム用フィルタおよびディスプレイシステム、ならびに光を濾波あるいは画像を表示する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　選択的に可動な濾波流体を含む流体チャンバと、流体チャンバに連結された複数の電極とを備え、複数の電極は、電界を形成することによって選択的に濾波流体を光学経路中に配置することができるように適合されたディスプレイシステム用のフィルタが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図１は、画像を生成・表示するように構成されたフィルタディスプレイ装置を１０で示す。フィルタディスプレイ装置１０は、ディスプレイが通常使用されるあらゆる装置に使用することができる。たとえば、フィルタディスプレイ装置１０は、１２で示すラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータモニタ、セルラ電話のディスプレイ、個人情報端末のディスプレイ、ハンドヘルドコンピュータディスプレイ、テレビ画面等に組み込むことが可能である。
【００１０】
　フィルタディスプレイ装置１０は、通常、画像１８を生成するために、光を光学経路すなわち光路に沿ってディスプレイ画面１６に向けるように構成された光源すなわち照明源１４を備える。光源１４は、光を生成する、または光を表示画面１６に向けるように構成された任意の適した装置であればよい。たとえば、光源１４は、水銀灯、冷陰極蛍光灯（ＣＣＦＬ）等の蛍光灯、または他の適した発光装置であることができる。実施形態によっては、光源１４からの光は、拡散板によって拡散する。かかる拡散板は通常、表示画面１６にわたって光を均一に散乱させるように構成される。
【００１１】
　図示のように、表示画面１６は、協働して相互に影響し合って画像を生成する複数の表示要素すなわちピクセル（pixels）２０を含むことができる。本明細書にて用いる表示要素は、表示画面１６の画像形成単位である。通常、表示要素は、副要素すなわちサブピクセルを含むことができ、可視光スペクトル内の光を発するか、または透過させて画像１８を生成することができる。
【００１２】
　図２は、複数の表示要素（display elements）３６、４０、および４４に向けられた光（impinging light）２２を示す。具体的には、光２２は、光源１４を介して生成され、表示要素に向けられる。理解されるように、図示の実施形態では、光２２は、対応する光学経路（破線３８、４２、４６でまとめて示す）に沿って各表示要素を通過する。
【００１３】
　図示のように、各表示要素２０は、複数のフィルタ２８、３０、３２を含むことができる。かかるフィルタはそれぞれ、吸光媒体等の濾波流体２１を含むことができる。濾波流体（filtering fluid）２１は各フィルタ内に選択的に配置することができ、また、特定の波長（色）の光を選択的に遮断し、他の異なる波長（色）の光を透過するように構成することができる。通常、濾波流体２１は、液体顔料または染料等の着色流体である。たとえば、濾波流体２１は、インク、トナー、または他の適した着色液体であればよい。なお、濾波流体２１は、気体、ゼラチン樹脂、または光の濾波、および光学経路中／外への選択的な移動ができるようになっている他の流体を含む略あらゆる媒体であることができる。
【００１４】
　図２中、各表示要素は複数のカラーフィルタを含み、複数の考えられる色の中の１つを動的に発することが可能である。具体的には、各表示要素３６、４０、４４は、シアンフィルタ２８、イエローフィルタ３０、およびマゼンタフィルタ３２を含む。上に概説したように、これらフィルタ２８，３０，３２はそれぞれ、特定の波長の光のみを透過するように構成された濾波流体２１を含む。たとえば、シアンフィルタ２８中の濾波流体２１はシアンの光以外のすべての光を遮断または吸収することができ、イエローフィルタ３０中の濾波流体２１はイエローの光以外のすべての光を遮断または吸収することができ、マゼンタフィルタ３２中の濾波流体２１はマゼンタの光以外のすべての光を遮断または吸収することができる。赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ等を含むがこれらに限定されない他のカラーフィルタも可能である。さらに、３つのフィルタ２８，３０，３２を図示しているが、事実上任意の数のフィルタを使用することが可能であり、かかる構成は本発明の範囲内である。
【００１５】
　フィルタ２８，３０，３２は、表示要素内に積み重ねるまたは重複させることができる。このため、図２では、各表示要素３６、４０、４４は３枚のフィルタ層を含む。しかし、当業者は、事実上任意の数のフィルタ層を使用することができることを認めよう。各表示要素の深さは、フィルタ層の数に依存し得る。さらに、各表示要素のフットプリントは、単一フィルタのフットプリントに実質的に対応する。したがって、各表示要素中のフィルタの数により、画面上の表示要素の表面積が増大する必要はない。このため、画面１６に詰め込む表示要素の数が多くなるほど（従来の表示画面と相対して）、画面上の表示要素の密度が高くなる。この表示密度の向上は、解像度のより高い画面につながる。
【００１６】
　図示のように、各表示要素３６、４０、４４は、３８、４２、４６にそれぞれ示すように、表示要素を通して光学経路に沿って光を向ける開口部または光ガイド３４を備えることができる。開口部３４は、各表示要素の光学経路または光透過エリアを画定する。たとえば、図２の表示要素３６では、光学経路３８に沿ってフィルタ２８、３０、および３２を通るように光を向ける。同様に、表示要素４０の開口部３４は、光を光学経路４２に沿って向け、一方で、表示要素４４の開口部３４は、光を光学経路４６に沿って向ける。開口部３４は、光のフィルタ透過を防ぐ不透明領域であってもよく、かつ／またはディスプレイ要素の部分をカバーして、選択されたサイズおよび形状の光線を画定するマスクであってもよい。さらに、前置きフィルタ２８、３０、３２を示しているが、開口部３４は１枚または複数枚のフィルタと一体化しても、またはその後に配置してもよい。
【００１７】
　目下図示している実施形態では、光は、図２に示すフィルタの中間部分等、フィルタの光学経路領域または光透過エリアを通過する。本明細書には中央部分として図示するが、各フィルタの光学経路領域はフィルタのいずれの部分であってもよく、フィルタの中央領域に限定されない。たとえば、光学経路領域は、端領域、側方領域、上部領域、底部領域等であってもよい。一実施形態では、フィルタは、一方は透過光学経路領域を画定し、他方は非透過マスク領域を画定するように半分に効果的に分けられる。各フィルタの状態に応じて、光は、かかるフィルタの光学経路領域を通過する際に濾波されるか、または濾波されない。
【００１８】
　通常、各フィルタは少なくとも２つの状態：非濾波・透過状態および濾波状態を有する。透過状態では、光は実質的に、遮られる（濾波される）ことなくフィルタを通過する。濾波状態では、光は濾波流体の少なくとも一部を通り、それによって濾波される。図２の表示要素３６に示すように、フィルタ２８は透過状態にある。このため、濾波流体は実質的に光透過エリアの外にあり、フィルタを通して遮ることなく入射光を透過させる。
【００１９】
　対照的に、表示要素３６のフィルタ３０は濾波状態にある。かかる構成では、濾波流体２１が光学経路内に実質的に配置される。このため、濾波状態では、光は、光学経路を通る際に濾波流体２１を通る。具体的には、濾波状態では、光の少なくとも一部が濾波流体２１を通過しなければならないように、フィルタ中の濾波流体が選択的に配置される。次に濾波流体２１がある波長（色）の光を遮断しながら、他の波長（色）の光は透過する。
【００２０】
　理解されるように、表示要素３６内の各フィルタは個々に制御することができる。具体的には、隣接するフィルタが異なる状態になるように、隣接するフィルタを選択的に制御することができる。したがって、シアンフィルタは、隣接するマゼンタフィルタまたはイエローフィルタと異なる状態であることができる。たとえば、図２中の表示要素３６では、シアンフィルタ２８およびマゼンタフィルタ３２が透過状態で示され、イエローフィルタ３０は濾波状態で示される。かかる構成では、光２２はシアンフィルタ２８を通過する。次いで、光２２はイエローフィルタ３０を通過し、ここでイエローフィルタ３０中の濾波流体２１が光学経路を塞ぎ、イエローの光以外の実質的にすべての光を遮断する（線種の変化で示す）。イエローフィルタ３０を通過したイエローの光は、次いでマゼンタフィルタ３２を通過する。かかる構成の結果、表示要素３６からイエローの光が発せられることになる。
【００２１】
　同様に、（図示していないが）、シアンフィルタ２８が濾波状態にあり、その他のフィルタが透過状態にある場合には、シアンの光を生成することができる。かかる構成では、シアンフィルタ２８中の濾波流体２１がシアンの光以外のすべての光を遮断する。次いで、シアンの光はその他のフィルタを透過することができる。同様に、マゼンタフィルタ３２が濾波状態にあり、その他のフィルタが透過状態にある場合には、マゼンタの光を生成することができる。かかる構成では、マゼンタフィルタ３２中の濾波流体２１がマゼンタの光以外のすべての光を遮断し、次いでマゼンタの光がその他のフィルタを透過する。
【００２２】
　シアン、イエロー、およびマゼンタ以外の色も、シアンフィルタ２８、イエローフィルタ３０、およびマゼンタフィルタ３２を使用して生成することができる。たとえば、シアンフィルタ２８およびイエローフィルタ３０の両方が濾波状態の場合、表示要素は緑色光を生成する。緑色は、シアンフィルタ２８が赤色光を遮断するが、緑色光および青色光を透過させるために得られる。イエローフィルタ３０は、青色光を遮断するが、緑色光および赤色光を透過させる。シアンフィルタ２８は緑色光および青色光のみを透過させ、イエローフィルタ３０は緑色光および赤色光のみを透過させるため、両方のフィルタを透過する唯一の色は緑色光である。同様に、イエローフィルタ３０（緑色光および赤色光を透過させる）およびマゼンタフィルタ３２（赤色光および青色光を透過させる）のみが濾波状態の場合、表示要素は赤色光を生成する。同様に、マゼンタフィルタ３２（赤色光および青色光を透過させる）およびシアンフィルタ２８（緑色光および青色光を透過させる）のみが濾波状態の場合、表示要素は青色光を生成する。
【００２３】
　白色光は、単一表示要素中のフィルタをすべて透過状態にしたときに生成することができる。たとえば、表示要素４０中のフィルタがすべて透過状態で示されると、白色光が生成される。具体的には、各フィルタ中の濾波流体２１は実質的に光学経路領域外に配置されるため、流体２１は実質的に、光が光学経路４２に沿って表示要素４０を通るときに光を遮らない。したがって光は、あらゆる種類の濾波流体２１を通らずに光学経路４２を通る。濾波が行われないため、白色光が透過され、図示の構成の表示要素４０によって生成される。
【００２４】
　表示要素４０は、フィルタを層構造にすることにより、従来のディスプレイシステムよりも画像の明度を上げることができることをさらに示す。かかる増大は、光が濾波されることなく直接透過して画面に届くことができるために得られる。具体的には、単一表示要素中のすべての液体フィルタが透過状態にある場合、表示要素は実質的にすべての光に表示要素を透過させることができる。かかる構成では、画像の生成にあたり失われる光はごくわずかであるため、より低電力の光源を使用することが可能である。さらに、より低電力の光源を使用することができることから、かかる層状フィルタディスプレイを組み込んだ装置内のバッテリの有効寿命を延ばすことができる。同様に、光源に要する電力が少なくなるため、装置を小型軽量化することも可能である。
【００２５】
　表示要素４４（図２に示す）は、表示要素４４中のすべてのフィルタを濾波状態にした構成を示す。光２２が光学経路４６に沿って進む際、各フィルタは首尾よく特定の波長の光（色）を濾波し、それによって実質的にすべての可視光を取り除き、暗い表示要素を生成する。具体的には、シアンフィルタ２８はシアンの光以外のすべての光を濾波する。このため、シアンの光は緑色光および青色光からなるため、緑色光および青色光の両方が透過する。次いで、イエローフィルタ３０がイエローの光以外のすべての光を濾波する。イエローの光は緑色光および赤色光からなるため、緑色光はイエローフィルタ３０を透過するが、青色光は遮断される。マゼンタフィルタ３２は赤色光および青色光を透過させる。したがって、図示の構成では、このフィルタに向けられるのは緑色光のみであるため、最終フィルタを透過する光はなく、表示要素４４が暗く見える。
【００２６】
　一実施形態では、結果として様々な強度の光の生成に適合するように、表示要素が光を変調することができる。たとえば、白色光（すべてのフィルタが透過状態の場合に生成される）に光のない状態（すべてのフィルタが濾波状態にある場合）を選択時間インタリーブすることより、様々な濃淡のグレーを生成することができる。代替として、または追加として、入射光または結果として生成される光は、白色光および／または色光を選択的に遮断する（または透過させる）ように構成された別個の空間光変調器によって変調することができる。いずれの構成も、全色域を再現するように構成することができる。
【００２７】
　図３は、濾波状態にあるフィルタ４９を示す。具体的には、フィルタ４９は、２枚のプレート５２と５４の間に介在する濾波流体５０を含むことができる。通常、プレート５２、５４は、ガラスまたはプラスチック等の透明材料である。フィルタの周囲は、流体がフィルタから流れ出ることを防ぐバリア５６を備えることができる。このため、プレート５２および５４は、バリア５６と併せて、流体チャンバすなわち流体５０の容器の封止を行うように構成することができる。図示の実施形態では、封止チャンバは、マスク領域５１および光学経路領域５３を含む。
【００２８】
　上に述べたように、各フィルタは、光学経路内の領域（光学経路領域５３）および光学経路外の領域（マスク領域５１）を含む。フィルタが濾波状態にある（図３および図５に示す）場合、濾波流体は少なくとも部分的に光学経路領域内に配置される。フィルタが非濾波・透過状態にある（図４および図６に示す）場合、濾波流体５０は実質的に、光学経路領域５３外のマスク領域５１内に配置される。
【００２９】
　流体５０は、流体チャンバ内の領域の材料表面エネルギー特性を変化させることにより、光学経路領域中／外に選択的に移動させることができる。表面エネルギー特性は、流体５０と協働して選択的に可動な濾波装置を生ずる。表面エネルギー特性の変更には、電気毛管現象を含む多数の特徴を使用することができる。具体的には、本明細書にて使用する電気毛管現象は、電界、電流、または電荷の作用により流体チャンバの表面エネルギー特性を変更することを含む。表面特性を変更することは、流体チャンバの表面またはライニングの親水性および疎水性属性を変更することを含むことができる。以下の説明は疎水性ライニングについて提供するが、実施形態によっては、ライニングが親水性であってもよいことが理解されよう。
【００３０】
　図３〜図６に示す一実施形態では、フィルタ４９のチャンバは、公称で疎水性の材料６３を使用してライニングすることができる。チャンバの選択部分の疎水性特性を変更することにより、電荷に関わりなく、流体を光学経路領域５３中／外に動かすことができる。電極または他の導電性要素をチャンバに連結して電界を発生させ、この電界によりチャンバの表面特性を変更することができる。チャンバ内の流体は、表面特性の変化に反応することができる。
【００３１】
　フィルタ４９に関連する電極の構成は様々であり得る。たとえば、図３〜図６では、２つの電極、すなわちマスク電極および光学経路電極がチャンバの第１の側面に連結されている。通常、接地電極、または共通接地６１が、チャンバの反対側の第２の側面に連結される。本実施形態では、マスク電極は光学経路外の周辺電極６０の形態をとり、光学経路電極は光学経路中の中央電極６４の形態をとる。接地電極は、中央電極および周辺電極の両方の反対側に配置され、チャンバ内の電界の被選択発生に適合する（これについては後述する）。しかし、他の構成も可能であり、かかる言葉は限定を意味するものではない。さらに、電極の形状、位置、および数はフィルタの構成に応じて可変であることに留意されたい。したがって、実施形態によっては、単一の制御電極（たとえば、光学経路電極あるいはマスク電極）のみが、対向する接地電極と併せて使用される場合もあることを理解されたい。
【００３２】
　通常、中央電極６４は透明であるため、光がフィルタ４９を通る光学経路に沿って中央電極６４を通過することができる。接地電極６１もまた透明であり、ここでも、光を透過させる。同様に、周辺電極６０も透明であってよいが、不透明であってもよいため、光ガイド（上述）として機能することができる。さらに電極は、必ずしも図示のような平面導電体パッドである必要はなく、流体チャンバ内への局所的な電界または電荷の導入に適したあらゆる形態をとることができる。
【００３３】
　上に手短に述べたように、制御電極、すなわち周辺電極６０および／または中央電極６４のいずれか１つに電荷を印加することで、電荷を印加した電極に関連する領域の表面属性に影響を及ぼす電界を発生させることができる。したがって、中央電極６４に電荷を印加すると、フィルタ４９の光学経路領域５３内に電界が発生する。かかる電界は、その領域の表面特性を変化させ得る。具体的には、図示の実施形態では、中央電極６４に電荷を印加すると、電界が発生することができ、これにより光学経路領域５３の疎水性が一時的にマスク領域５１よりも低くなることができる。表面特性が変化すると、流体５０はマスク領域５１（ここでは、疎水性のより高い領域）から光学経路領域５３（ここでは、疎水性のより低い領域）中に流れることになる。流体５０が光学経路領域にあるとき、フィルタ４９は、図３および図５に示すような濾波状態にある。
【００３４】
　上に述べたように、電荷を印加することにより、チャンバ内に疎水性のより低い（親水性のより高い）領域等、表面特性を変化させる局所化された電界を発生させることができる。図４および図６は、周辺電極６０への電荷印加を示す。具体的には、周辺電極６０に電荷が印加されると、局所化された電界が発生し、これによりマスク領域５１の表面特性に変化が生じる。たとえば、マスク領域５１の疎水性をより高く（親水性をより高く）することができる。流体５０は、疎水性のより高い光学経路領域５３から周辺領域に流入し得る。このような構成では、光学経路は妨げられず、フィルタは透過状態にある。このような状態では、光はフィルタを透過することができる。
【００３５】
　したがって、濾波流体５０は、表面特性変更電界を選択的に一方または他方の領域に印加することにより、マスク領域５１と光学経路領域５３との間で選択的に動かすことができる。さらに、いずれか一方の領域（通常、光学経路領域）は、名目上他方の領域よりも疎水性の高い表面特性を有することができ、これによりある状態から別の状態へのバイアスを確立する。これは、入力の切り換え、またはマスク領域および光学経路領域における公称表面特性の差異化のいずれか一方を通して行うことができる。
【００３６】
　本発明の別の実施形態では、流体５０は、電界の印加に反応するように構成された静電気的に帯電した流体５０であることができる。たとえば、流体５０は、正の印加電界に引き付けられ、負の印加電界に反発する、負に帯電した流体であることができる。以下の説明では負に帯電した流体について述べるが、代替として、実施形態によっては、流体５０は正に帯電していても、または帯電していなくともよい。
【００３７】
　電界は、接地電極と併せて制御電極の１つまたは複数を介して流体チャンバに印加することができる。電極は、チャンバ内での流体の移動を引き起こす電界を生成するように構成し得る。たとえば、特定の電極対は、フィルタの対応する領域に電界を生成するように構成することができる。すると、流体チャンバ内の帯電した流体は、印加電界に引き付けられるか、あるいは印加電界から反発し、そして電極に関連する領域中／外に移動することができる。
【００３８】
　たとえば、図３および図５では、周辺電極６０を流体チャンバに連結することができる。こうして、負の電荷をマスク電極６０に印加して、マスク領域５１内に負の電界を発生させることができ、これによって負に帯電した流体５０をフィルタのマスク領域から反発させることができる。このため、流体５０はフィルタの光学経路領域５３に向かって移動し、これによってフィルタを濾波状態にすることができる。濾波状態では、流体は光の光学通路を遮断し、それによって光が光学経路に沿って進む際にその光を濾波する。濾波状態では、そうして入射光を濾波して色を発生させることができる。
【００３９】
　上に述べたように、光学経路領域５３は、光学経路電極６４等の制御電極も含み得る。マスク電極６０の代替として、またはマスク電極６０と組み合わせて、光学経路電極６４にも電荷を印加して流体の移動を引き起こすことができる。上述のように、光学経路電極６４は通常、光が遮られることなく電極を透過可能なように透明である。光学経路電極６４は、光学経路領域５３内の流体移動を行うように別個に制御してよく、また単独で使用しても、またはマスク電極６０と併せて使用してもよい。たとえば、光学経路電極６４に正の電荷を印加して、光学経路領域５３内に正の電界を発生させ、負に帯電した流体５０を光学経路領域５３に流入させることができる。
【００４０】
　同様に、電極を介して電界を印加すると、静電気的に帯電した流体を非濾波・透過状態に移すことができる。図４および図６は、透過状態のフィルタ４９を示す。本実施形態では、負の電荷を光学経路電極６４に印加し、かつ／または正の電荷をマスク電極６０に印加して、対応する電界を発生させることができる。負の電荷を光学経路電極６４に印加し、かつ／または正の電荷をマスク電極６０に印加すると、負に帯電した流体５０が光学経路領域５３からマスク領域５１に流入することになり、光学経路領域５３は実質的に妨げられない。光学経路領域が実質的に妨げられないとき、光学経路は妨げられず、フィルタは非濾波・透過状態にある。
【００４１】
　各フィルタに連結された電極は、図５および図６に示すコントローラ６６を介して選択的に制御することができる。コントローラ６６は、電極に印加される電荷および結果として生じるフィルタ内の流体５０の動きを選択的に制御する。電極に印加される電界を制御することにより、表示要素中のフィルタの状態および表示要素によって発せられる色を選択的に制御することが可能である。各フィルタは、個々に制御可能である。
【００４２】
　実施形態によっては、表示要素は段階的な色を生成することができる。段階的な色を生成するには、表示要素中のフィルタはハーフトーン状態にある。本明細書にて用いるハーフトーン状態とは、光学経路の一部が濾波流体によって遮断され、それと同時に、光学経路の別の部分は実質的に遮られないあらゆる構成のフィルタを含む。たとえば、図７にはハーフトーン状態のフィルタ７１を示す。具体的には、フィルタ７１は、複数の電極、すなわち４つの周辺電極７２、７４、７６、および７８と、４つの光学経路電極８２、８４、８６、および８８とを含む。周辺電極は、光学経路電極と対になってサブ領域またはサブピクセルを形成する。したがって、図７に示すように、４つのサブピクセル９２、９４、９６、および９８がある。明確化のために、各サブピクセルはすべての隣接サブピクセルから離間されていることが理解されよう。
【００４３】
　上に述べたフィルタと同様に、光学経路はフィルタの光学経路領域を通って延びる。流体５０等の濾波流体は、光学経路領域にある（光学経路が遮断される）か、あるいはマスク領域にある（光学経路が遮断されない）ことができる。電荷をサブピクセルの光学経路電極および／またはマスク電極に印加することにより、静電力および／または電気毛管現象により光学経路の部分中／外に流体を移動させることができる。
【００４４】
　たとえば、図７では、電荷をサブピクセル９２中のマスク電極７２および／または光学経路電極８２に印加して、流体５０をサブピクセルの光学経路領域に流入させ、それによって光学経路の一部を濾波することができる。実施形態によっては、マスク電極７２および／または光学経路電極８２に電荷を印加すると電界が発生し、電界により別の領域よりも親水性の高い（疎水性のより低い）領域が生成され、これによって流体が親水性のより高い領域に流入する。たとえば、電荷を光学経路電極８２に印加することができ、それによって流体はサブピクセル９２の光学経路領域（疎水性のより低い領域）に流入することができる。同様に、サブピクセル９６では、電荷を光学経路電極８６に印加して、流体５０をサブピクセルの光学経路領域に流入させる。サブピクセル９２および９６の光学経路領域内の流体は、光学経路の一部を遮断することができる。こうして、光は、フィルタを進む際に少なくとも部分的に濾波される。
【００４５】
　しかし、すべての光がフィルタ７１を進む際に濾波されるわけではない。具体的には、サブピクセル９４において、電荷を周辺電極７４および／または光学経路電極８４に印加して、流体がサブピクセル９４のマスク領域に流入し、またサブピクセル９４の光学経路領域外に流出し、光学経路の一部を実質的に遮らない状態にする。たとえば、電荷をマスク電極７２および／または光学経路電極８２に印加して、光学経路領域よりも親水性が高い（疎水性が低い）マスク領域を作成することにより、流体５０を光学経路領域外に移動することができる。同様に、サブピクセル９８では、電荷をマスク電極７８および／または光学経路電極８８に印加して、流体５０をサブピクセル９８のマスク領域中に流入させ、またサブピクセル９８の光学経路領域外に流出させる。流体がサブピクセル９４および９８のマスク領域にあるとき、流体はかかるサブピクセルの光学経路を実質的に遮らず、光はこれら部分を遮られることなく透過することができる。言い換えれば、説明するフィルタ７１は、中間またはハーフトーン状態にあり、フィルタの一部が濾波状態にあり（サブピクセル９２および９６）、また一部が透過状態にある（サブピクセル９４および９８）。
【００４６】
　図７に示す状態等の中間状態では、光を部分的に濾波することができる。これら中間状態を介して表示要素を通して濾波される光の程度を変化させることにより、表示要素から発せられる色の強度を変化させることが可能である。たとえば、グラデーションの異なる色を表示要素から発することが可能である。具体的には、中間状態では、フィルタがあるレベルの濾波を維持することが可能である。さらに、かかる色のグラデーションは、表示要素中のフィルタを連続的にリフレッシュすることなく可能であり得る。
【００４７】
　非限定例として、以下の表１にイエローカラーフィルタの例示的な状態を示す。表１には、例示的な流体構成および発色もさらに示す。例示を目的として、表１中のフィルタは、周囲領域および光学経路領域をそれぞれ有する４個のサブピクセルを含む。光学経路は光学経路領域を通って延びる。流体は、２つの領域の間を流れることができる。流体は、光学経路領域内に置かれているとき、光学経路の一部を遮断する。流体が周囲領域にあるとき、光学経路は実質的に遮られない。サブピクセルに連結された、またはこれに関連する電極は、かかるサブピクセル内の流体の位置を制御することができる。
【００４８】
【表１】
2004110041.tif 000003
【００４９】
　なお、サブピクセルの数、状態、および色は、フィルタの構成、電極の数、およびフィルタに関連する電極の配置に応じて可変であり得る。さらに、表１にはイエローフィルタの場合の発色を示すが、カラーフィルタはいずれも同様の状態および色のグラデーションを有し得る。したがって、シアンフィルタは白色光、非常に明るいシアンの光、明るいシアンの光、やや明るいシアンの光、またはシアンの光を発することができる。同様に、マゼンタフィルタは、白色光、非常に明るいマゼンタの光、明るいマゼンタの光、やや明るいマゼンタの光、またはマゼンタの光を発することができる。
【００５０】
　したがって、上に述べたように、光を濾波する方法が提供される。本方法は、光を光学経路に沿って、濾波流体を有するフィルタに向けることを含み、フィルタは光学経路内の光学経路領域および光学経路外のマスク領域をさらに有し、本方法はまた、流体を光学領域中に移動させるように電荷をフィルタに選択的に印加することと、流体を光学経路領域中に動かすことと、光がフィルタを通る際に入射光を濾波することとを含む。電荷を選択的に印加することは、マスク領域および光学経路領域のうちの少なくとも一方に関連する電極にわたるフィルタに電荷を印加すること、および／またはマスク領域および光学経路領域のうちの少なくとも一方に電界を発生させることを含むことができる。流体を動かすことは、マスク領域および光学経路領域のうちの少なくとも一方の表面特性を帯電させることを含み得る。実施形態によっては、濾波流体は帯電しており、流体を動かすことは、マスク領域および光学経路領域のうちの一方からマスク領域および光学経路領域のうちの他方に流体を電気的に引き付ける、または電気的に反発させることを含む。
【００５１】
　画像を表示する方法も提供される。本方法は、光を生成するように構成された照明源を設けることと、フィルタの光学経路領域を通る航路に沿って光を向けることと、フィルタの光学経路領域が選択的に遮断されるようにフィルタの状態を選択的に変更することとを含む。理解されるように、フィルタの状態を選択的に変更することは、光学経路中および／または光学経路外に濾波流体を少なくとも部分的に配置することを含み得る。さらに、フィルタの状態を選択的に変更することは、電荷をフィルタに印加することを含み得る。
【００５２】
　実施形態によっては、ディスプレイシステムは、光を生成する照明手段と、濾波流体を有するフィルタを通る光学経路に沿って光を向けるガイド手段と、光学経路の少なくとも一部に濾波流体を選択的に配置する配置手段とを備える。
【００５３】
　なお、上記流体フィルタは既存のディスプレイシステム内に組み込むことが可能である。このため、液晶ディスプレイを流体フィルタディスプレイで置き換えるすなわち置換することができる。
【００５４】
以上本発明の各実施例について説明したが、実施例の理解を容易にするために、実施例ごとの要約を以下に列挙する。
（１）　ディスプレイシステム用のフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）であって、選択的に可動な濾波流体（２１、５０）を有する流体チャンバと、該流体チャンバに連結され、電界を発生させるように適合された複数の電極（６０、６１、６４、７２、７４、７６、７８、８２、８４、８６、８８）とを備え、電界を発生させることにより、前記濾波流体（２１、５０）を光学経路（３８、４２、４６、５３）に選択的に配置することができる、フィルタ。
（２）　前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）であって、
　前記流体チャンバは、電極（６０、６１、６４、７２、７４、７６、７８、８２、８４、８６、８８）に電荷を印加して前記濾波流体（２１、５０）を前記光学経路（３８、４２、４６、５３）中に移動させることによって選択的に変更可能な表面特性を有する（１）記載のフィルタ。
（３）　前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）であって、前記流体チャンバは疎水性領域を含み、前記電極は、局所的な電界を選択的に発生させて、前記流体チャンバの一部内に疎水性がより低い領域を生成するように構成される（１）記載のフィルタ。
（４）　ディスプレイシステムであって、光（２２）を生成し、光学経路（３８、４２、４６、５３）に沿って光（２２）を向けるように構成された照明源（１４）と、前記光学経路（３８、４２、４６、５３）に複数の重なったフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）を有する表示要素（２０、３６、４０、４４）とを備え、前記光学経路（３８、４２、４６、５３）は、光（２２）が前記複数の重なったフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）を連続して通過するように配置されるディスプレイシステム。
（５）　前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）はそれぞれ、選択的に可動な濾波流体（２１、５０）を含む（４）記載のディスプレイシステム。
（６）　ディスプレイ装置（１０）であって、光（２２）を生成し、光学経路（３８、４２、４６、５３）に沿って光（２２）を向けるように構成された照明源（１４）と、複数の表示要素（２０、３６、４０、４４）を有する表示画面（１６）とを備え、前記表示要素（２０、３６、４０、４４）はそれぞれ、選択的に変更可能な表面エネルギー特性を有するチャンバを備えた少なくとも１つの流体フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）を含み、前記表面エネルギー特性を変更することにより、前記チャンバ内の濾波流体（２１、５０）を前記光学経路（３８、４２、４６、５３）中／外に移動させるディスプレイ装置。
（７）　ディスプレイシステムに使用する表示要素（２０、３６、４０、４４）であって、光透過エリア（５３）および第１の色の濾波流体（２１、５０）を有する第１のフィルタ（２８、３０）と、光透過エリア（５３）および第２の色の濾波流体（２１、５０）を有する第２のフィルタ（３０、３２）とを備え、前記第１のフィルタ（２８、３０）および前記第２のフィルタ（３０、３２）は、入射（impinging light）光（２２）が前記第１のフィルタ（２８、３０）の前記光透過エリア（５３）および前記第２のフィルタ（３０、３２）の前記光透過エリア（５３）を順次進むように配置される表示要素。
（８）　光（２２）を濾波する方法であって、光（２２）を光学経路（３８、４２、４６、５３）に沿って、濾波流体（２１、５０）を有するフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）に向けることを含み、前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）は、前記光学経路（３８、４２、４６、５３）中の光学経路領域（５３）および前記光学経路（３８、４２、４６、５３）外のマスク領域（５１）をさらに有し、該方法はまた、前記流体（２１、５０）を前記光学経路領域（５３）中に移動させるように、前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）に電界を選択的に印加することと、前記流体（２１、５０）を前記光学経路領域（５３）中に動かすことと、光（２２）が前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）を通るときに、入射光（２２）を濾波することとを含む方法。
（９）　画像（１８）を表示する方法であって、光（２２）を生成するように構成された照明源（１４）を設けることと、光（２２）を光学経路（３８、４２、４６、５３）に沿って、フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）の光学経路領域（５３）に向けることと、前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）の前記光学経路領域（５３）が選択的に濾波されるように、前記フィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）の状態を選択的に変更することとを含む方法。
（１０）　画像（１８）を表示するように構成されたディスプレイシステムであって、光（２２）を生成する照明手段（１４）と、光（２２）を光学経路（３８、４２、４６、５３）に沿って、濾波流体（２１、５０）を有するフィルタ（２８、３０、３２、４９、７１）を通るように向けるガイド手段と、前記光学経路（３８、４２、４６、５３）の少なくとも一部に前記濾波流体（２１、５０）を選択的に配置する配置手段とを備えるディスプレイシステム。
【００５５】
　フィルタディスプレイシステムの代替の各種実施形態および構成について図示および上述したが、他の多くの実施形態、構成、および変更が可能であり、本発明の範囲内であることが当業者には理解されよう。言い換えれば、当業者は、添付の特許請求の範囲に規定の本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更を行い得ることが理解されよう。本発明の説明は、本明細書に述べた要素の新規および非自明な組み合わせすべてを包含するものと理解されるべきであり、これら要素の新規および非自明なあらゆる組み合わせに対する特許請求の範囲を本願または後願に提示し得る。上記実施形態は例示的なものであり、単一の機構または要素は、本願または後願において特許権が請求され得るすべての可能な組み合わせにとって重要ではない。特許請求の範囲において「１つ（a）」または「第１の(a first)」要素またはこの等価物が使用される場合、かかる特許請求の範囲は、２つ以上のかかる要素が必要なわけでもなく、また２つ以上のかかる要素を除外することもなく、１つまたは複数のかかる要素の盛り込みを含むものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ラップトップコンピュータ内で使用された本発明の実施形態によるフィルタディスプレイ装置の等角図である。
【図２】図１に示すフィルタディスプレイ装置の複数の表示要素の動作を示すいくらか等角になった図であり、各表示要素は複数のカラーフィルタを有する。
【図３】濾波状態にある単一カラーフィルタの側面図である。
【図４】非濾波・透過状態にあるカラーフィルタを備えた、図３のカラーフィルタの側面図である。
【図５】濾波状態にある図３のカラーフィルタの正面図である。
【図６】非濾波・透過状態にある図３のカラーフィルタの正面図である。
【図７】ハーフトーン状態にある別のカラーフィルタの正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
　１０　フィルタディスプレイ装置
　１２　ディスプレイ
　１４　光源
　１６　表示画面
　１８　画像
　２０　表示要素
　２１　濾波流体
　２２　光
　２８，３０，３２，４９，７１　フィルタ
　３４　光ガイド
　３６，４０，４４　表示要素
　３８，４２，４６，５３　光学経路
６０、６１、６４、７２、７４、７６、７８、８２、８４、８６、８８　電極
【図１】
2004110041.tif 000004
【図２】
2004110041.tif 000005
【図３】
2004110041.tif 000006
【図４】
2004110041.tif 000007
【図５】
2004110041.tif 000008
【図６】
2004110041.tif 000009
【図７】
2004110041.tif 000010