(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ照明器用フィルタを提供する。【解決手段】  視覚ディスプレイ用のＬＣＤパネルに光を照射するための光源を提供する方法、システムおよび装置を説明する。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびスペクトルフィルタを備える。スペクトルフィルタは、ＬＥＤからの光のうち、第１のスペクトル帯域群を透過させて、第２のスペクトル帯域群を遮断する。スペクトルフィルタは、位相差板スタック技術またはダイクロイックフィルタ技術に基づいて形成されるとしてもよい。偏光技術および光再循環技術を開示すると共に、表示システムへの実施を説明する。このような方法は、ＬＣＤ技術に基づき、ＬＥＤを光源とする直視型カラー符号化立体システムにおいて有用と考えられている。【選択図】  図４Ａ
2010507134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚表示システム用の光源であって、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤが収納されている凹部を有するパッケージと、
前記ＬＥＤから出力される光をフィルタリングするスペクトルフィルタと
を備え、
前記スペクトルフィルタは、
入力偏光素子と、
出力偏光素子と、
前記入力偏光素子および前記出力偏光素子の間に設けられている位相差板スタックと
を有する
光源。
【請求項２】
前記位相差板スタックは、第１の偏光状態の第１のスペクトル帯域群を透過させ、第２のスペクトル帯域群を第２の偏光状態へと変換し、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は、直交する
請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群はそれぞれ、第１の通過帯域、第２の通過帯域、および第３の通過帯域を含む
請求項２に記載の光源。
【請求項４】
前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群は、通過帯域の対を３つ含み、各対において、一方の通過帯域の周波数範囲は、他方の通過帯域の周波数範囲とほとんど重複しない
請求項２に記載の光源。
【請求項５】
前記スペクトルフィルタは、第１のスペクトル発光群を透過させて、第２のスペクトル発光群を遮断する
請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記入力偏光素子は、反射偏光子を含む
請求項１に記載の光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤと前記入力偏光素子との間の光路に配置される４分の１波長板
をさらに備える、請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記入力偏光素子は、吸光偏光子を含む
請求項１に記載の光源。
【請求項９】
単色ＬＥＤが前記パッケージに収納されている
請求項１に記載の光源。
【請求項１０】
リン光体
をさらに備える、請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
前記パッケージは、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤから成る群から選択される少なくとも２つのＬＥＤを収納する
請求項１に記載の光源。
【請求項１２】
前記パッケージは、１つの赤色ＬＥＤ、１つの青色ＬＥＤ、および２つの緑色ＬＥＤを収納する
請求項１に記載の光源。
【請求項１３】
前記位相差板スタックは、２以上のＮ個の位相差フィルムを含み、
前記入力偏光素子、前記位相差板スタック、および前記出力偏光素子は共に、有限無限応答（ＦＩＲ）フィルタを構成することによって、直線偏光インパルス入力に応じて少なくともＮ＋１個の空間的にオフセットされた光パルスを生成し、
前記ＦＩＲフィルタは、光の少なくとも１つの帯域を実質的にフィルタリングする
請求項１に記載の光源。
【請求項１４】
前記スペクトルフィルタはさらに、
液晶（ＬＣ）スイッチ
を有し、
前記ＬＣスイッチは、前記入力偏光素子と前記位相差板スタックとの間に設けられる
請求項６に記載の光源。
【請求項１５】
前記スペクトルフィルタは、第１の状態の場合に第１のスペクトル帯域群を通過させて第２のスペクトル帯域群を遮断し、第２の状態の場合に前記第２のスペクトル帯域群を通過させて前記第１のスペクトル帯域群を遮断する
請求項１４に記載の光源。
【請求項１６】
前記スペクトルフィルタはさらに、
第２の位相差板スタックと、
液晶（ＬＣ）スイッチと
を有し、
前記位相差板スタックは前記ＬＣスイッチと前記入力偏光素子との間に設けられ、前記第２の位相差板スタックは前記出力偏光素子と前記ＬＣスイッチとの間に設けられる
請求項６に記載の光源。
【請求項１７】
前記スペクトルフィルタは、第１の状態の場合に第１のスペクトル帯域群を通過させて第２のスペクトル帯域群を遮断し、第２の状態の場合に前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群を通過させる
請求項１６に記載の光源。
【請求項１８】
視覚表示システム用の光源であって、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤが収納される凹部を有するパッケージと、
第１のスペクトル帯域群を透過させ、第２のスペクトル帯域群を遮断するスペクトルフィルタと
を備える光源。
【請求項１９】
前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群はそれぞれ、第１の通過帯域、第２の通過帯域、および第３の通過帯域を含む
請求項１８に記載の光源。
【請求項２０】
前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群は、通過帯域の対を３つ含み、各対において、一方の通過帯域の周波数範囲は、他方の通過帯域の周波数範囲とほとんど重複しない
請求項１８に記載の光源。
【請求項２１】
前記スペクトルフィルタは、ダイクロイックフィルタである
請求項１８に記載の光源。
【請求項２２】
前記スペクトルフィルタは、
入力偏光素子と、
出力偏光素子と、
前記第１偏光素子および前記出力偏光素子の間に設けられる位相差板スタックと
を有する
請求項１８に記載の光源。
【請求項２３】
液晶ディスプレイ用のバックライトであって、
基板と、
前記基板に実装されている第１の光源および第２の光源と
を備え、
前記第１の光源および前記第２の光源はそれぞれ、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤが収納されている凹部を有するパッケージと、
スペクトルフィルタと
を有し、
前記第１の光源のスペクトルフィルタは、第１のスペクトル帯域群を透過させて第２のスペクトル帯域群を遮断し、
前記第２の光源のスペクトルフィルタは、前記第２のスペクトル帯域群を透過させて前記第１のスペクトル帯域群を遮断する
バックライト。
【請求項２４】
前記第１のスペクトル帯域群および前記第２のスペクトル帯域群は、通過帯域の対を３つ含み、各対において、一方の通過帯域の周波数範囲は、他方の通過帯域の周波数範囲とほとんど重複しない
請求項２３に記載の光源。
【請求項２５】
前記スペクトルフィルタは、
入力偏光素子と、
出力偏光素子と、
前記第１偏光素子および前記出力偏光素子の間に設けられている位相差板スタックと
を有する
請求項２３に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、米国仮特許出願第６０／８２９，９７１号（発明の名称：「ＬＥＤ照明器用フィルタ」、出願日：２００６年１０月１８日）に基づき優先権を主張する。当該仮出願は参照により本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書で開示される実施形態は概して、視覚表示システム用の光学照明デバイスに関する。特に、液晶（ＬＣ）表示システム用の発光ダイオード（ＬＥＤ）光学照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
アクティブマトリクス液晶ディスプレイは、特にテレビおよびゲーム機用ディスプレイにおいて、新たに開発されたバックライト技術およびＬＣＤ表示駆動技術のおかげで、性能が向上している。例えば、ＲＧＢのスペクトルが改善されたＬＥＤは、従来の冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を用いたディスプレイに比べて、ガモット（ｇａｍｕｔ）／効率がより高い。
【０００４】
ＬＥＤは、ＬＣＤ用バックライトの主流として、ＣＣＦＬに代わって用いられるようになると考えられている。ＬＥＤは、時間変調機能があると共に色のガモットが大きいので、水銀を用いない照明技術として、より素晴らしい視覚表示を提供する。時間変調機能によって、動きアーチファクトを低減することができると同時に、時系列カラーシナリオに従ってパネルに対して原色が照射される、フィルタが不要なディスプレイが実現され得る。尚、より純粋なスペクトルの出力が所望される場合もある。例えば、非常に大型の３色ガモットディスプレイがそのケースにあたると考えられ、この場合には原色が高い程度で飽和している。
【０００５】
バックライトにおけるＬＥＤの用途には、その他にも、アプリケーションを広げることができるような用途が存在する。特に関連する用途としては、立体コンテンツを実現する手段としての、重複しないスペクトル間での変調が挙げられる。最適化された技術としては、赤、緑および青の３原色の波長群を別個に２つ用いて、対応するフィルタリングアイウェアによってデコードされる、左目用画像および右目用画像を与えることが挙げられる。ＬＥＤのＲＧＢスペクトル群を２つに分離することは、高度なフィルタリング動作である。バックライトのＬＥＤ発光素子の発光を合成した一対のスペクトルを用いる例が、譲受人が本願と同じである、米国特許出願公報第２００７／０１８８７１１号Ａ１（発明の名称：「多機能アクティブマトリクス液晶ディスプレイ」、出願日：２００７年２月９日）で説明されている。当該出願は、参照により本願に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、バックライトにＬＥＤを利用する場合の問題の１つに、製作公差が大きいことに起因して発生する問題があり、出力クロミナンスのバラツキが許容できないレベルに到達してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記およびその他の問題を解決するべく、本特許出願明細書ではさまざまなフィルタリング技術、フィルタリング装置、ならびに、視覚表示システム用の光源における当該フィルタリング技術および装置の実施例を説明する。
【０００８】
一実施形態によると、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびスペクトルフィルタを備える。スペクトルフィルタは、ＬＥＤからの光のうち、第１のスペクトル帯域群を透過させて、第２のスペクトル帯域群を遮断する。スペクトルフィルタは、位相差板スタック技術またはダイクロイックフィルタ技術に基づいて形成されるとしてもよい。
【０００９】
位相差板スタック技術を用いる別の実施形態によると、光源は、ＬＥＤと、当該ＬＥＤが出力する光をフィルタリングするスペクトルフィルタとを備える。スペクトルフィルタは、入力偏光素子と、出力偏光素子と、入力偏光素子および出力偏光素子の間に設けられる位相差板スタックとを有するとしてもよい。
【００１０】
以下の詳細な説明では、上記以外の実施形態およびそれらの変形例を数多く説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本明細書で開示する原理およびその利点をより完全に理解されたく、添付図面と共に以下の説明を参照されたい。添付図面は以下の通りである。
【００１２】
【図１Ａ】本開示に係る、第１のスペクトル帯域群および第２のスペクトル帯域群の例における、波長に対する強度を示すグラフである。
【００１３】
【図１Ｂ】本開示に係る、フィルタリング後の第１のスペクトル帯域群および第２のスペクトル帯域群における、波長に対する強度を示すグラフである。
【００１４】
【図２】本開示に係る視覚ディスプレイ用の光源を示す概略断面図である。
【００１５】
【図３】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の一実施形態を示す概略図である。
【００１６】
【図４Ａ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第２の実施形態を示す概略図である。
【００１７】
【図４Ｂ】視覚ディスプレイバックライト用の光源の第３の実施形態を示す概略図である。
【００１８】
【図５Ａ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第４の実施形態を示す概略図である。
【図５Ｂ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第４の実施形態を示す概略図である。
【００１９】
【図６】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第５の実施形態例を示す概略図である。
【００２０】
【図７】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第６の実施形態を示す概略図である。
【００２１】
【図８】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第７の実施形態を示す概略図である。
【００２２】
【図９】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第８の実施形態を示す概略図である。
【００２３】
【図１０】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第９の実施形態を示す概略図である。
【００２４】
【図１１Ａ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第１０の実施形態を示す概略図である。
【図１１Ｂ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第１０の実施形態を示す概略図である。
【００２５】
【図１２Ａ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第１１の実施形態を示す概略図である。
【００２６】
【図１２Ｂ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第１２の実施形態を示す概略図である。
【００２７】
【図１２Ｃ】本開示に係る、視覚ディスプレイバックライト用の光源の第１３の実施形態を示す概略図である。
【００２８】
【図１３】本開示に係る、ＬＣＤパネルに対して照射されるバックライトを提供するべく光源アレイが用いられ得るシステムを示す概略図である。
【００２９】
【図１４】本開示に係る、ＬＣＤパネルに対して照射されるバックライトを提供するべく光源アレイが用いられ得る別のシステムを示す概略図である。
【００３０】
【図１５Ａ】本開示に係る、スクロール型ＬＣＤバックライトに組み込まれる空間分離フィルタリング方法を示す概略図である。
【図１５Ｂ】本開示に係る、スクロール型ＬＣＤバックライトに組み込まれる空間分離フィルタリング方法を示す概略図である。
【００３１】
【図１６】本開示に係る、１つおきのフレームが立体視用のスペクトルが分離されているフィルタリング済みＬＥＤ照明器によって照射される、直視型ＬＣＤシステムの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書では、特定の色の光をＬＣＤに照射するべく、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光を光学的にフィルタリングするシステム、装置および方法を開示する。
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂは、所望のフィルタリングを実行する前後の典型的なＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。尚、図１Ａおよび図１Ｂに図示されているように完全に波長が分離されることは、全てのシステムで必要なわけではない。すべての実施形態は、１以上のカラー発光素子を備えるＬＥＤパッケージに関連し得る。このカラー発光素子はフィルタリングの通過帯域に一致するように選定されることが好ましいが、必須ではない。
【００３４】
図１Ａは、第１のスペクトル帯域群および第２のスペクトル帯域群の例における、波長に対する強度を示すグラフである。第１のスペクトル帯域群（Ｒ１、Ｇ１およびＢ１）および第２のスペクトル帯域群（Ｒ２、Ｇ２およびＢ２）のＬＥＤスペクトルは、ピーク発光強度が同一になるように調整されている。中心波長は、スペクトル分離が明瞭になるように選択されているので、分割プロセスにおいて光の損失を小さく抑えて動作させることが可能となる。
【００３５】
図１Ｂは、フィルタリング後の第１のスペクトル帯域群および第２のスペクトル帯域群における、波長に対する強度を示すグラフである。この実施形態例によると、第１のスペクトル帯域群（Ｒ１、Ｇ１およびＢ１）は、第２のスペクトル帯域群（Ｒ２、Ｇ２およびＢ２）と、ほとんど重複しない。本明細書で使用する場合、「ほとんど重複しない」という表現は、スペクトル発光の大部分が、別のスペクトル発光素子からの隣接する発光から分離していることを意味し、このような構成とすることによって、チャネル対であるＲ１／Ｒ２、Ｇ１／Ｇ２、およびＢ１／Ｂ２の間のクロストークが最低限に抑えられるのが好ましい。当業者であれば、理想的ではない既製品のスペクトル発光素子を用いる場合には、例えば、図１Ｂに示すように、チャネルＢ１およびＧ２、ならびに、チャネルＧ１およびＲ２の間で、スペクトルがある程度重複し得ることを想定するはずである。しかし、スペクトル発光素子の選択およびスペクトルフィルタの設計においては、スペクトル発光素子のチャネル対の間で発生し得るクロストークを最小限に抑えるように留意すべきである。スペクトル発光素子の中心波長を慎重に選択することによって、ガモットを改善しつつ色座標を最適化し得る。他の種類のスペクトル発光素子、例えば、レーザおよび超共振ＬＥＤは、通常のＬＥＤ構造よりも透過範囲が狭いので、「重複」するスペクトル範囲を持つ可能性がより低くなると思われる。「重複しない」ように十分に波長を分離することによって、第１スペクトル光群と第２スペクトル光群の画像を効率よく分離するためにアイウェアに要求される要件を緩めることができる。これは、同様のスペクトル出力を実現するためには多くの補助的なフィルタリングを利用するのでコストが高くなり光効率が小さくなる、従来のＵＨＰランプまたはＣＣＦＬスペクトルとは対照的である。
【００３６】
図１Ｂに示すように、同じ原色の短波長側／長波長側の発光帯域の間（つまり、Ｂ２／Ｂ１、Ｇ２／Ｇ１、Ｒ２／Ｒ１）だけでなく、他の原色の発光帯域との間にも、Ｖ字形の間隙があることが理想的である。このような波長帯域の分離は、効率の点から、色座標は妥当な明所視感度範囲内（例えば、短波長側の青色発光スペクトルＢ２は４３０ｎｍよりも大きく、長波長側の赤色発光スペクトルＲ１は６６０ｎｍ未満）にとどまると共に許容可能でなければならないことに留意しつつ、最大限大きくすることが好ましい。このような波長帯域の分離は、ディスプレイの適切な色性能を実現するべくスペクトル発光素子（つまり、ＬＥＤ）パッケージに組み込まれ得るフィルタリングを追加することによって直接実現されるとしてもよい。そのような構成としては、不要な光を除去するフィルタ、または、光生成媒体に光を再び方向付ける発光構造（例えば、ブラッグ反射器）に組み込まれるフィルタがある。このようなフィルタリングは、発光メインローブがほとんど捕獲されて、発光スペクトルのすそ部分が減衰される限り、効率にはほとんど影響を及ぼさない。すそ部分は、比較的広くなることがあり、パワーはほとんどないが、立体モードで動作する場合にはゴースト画像に大きな影響を与える可能性がある。このような発光スペクトルのすそ部分は、直接クロストークを引き起こす要因となり、アイウェアの性能とは無関係である。これは、対応する画像を効率よく透過させるべく、アイウェアの透過率が高くなければならない波長にすそ部分があるからである。
【００３７】
図２は、視覚ディスプレイ用の光源１００を示す断面図である。光源１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２と、第１のスペクトル帯域群を透過させて第２のスペクトル帯域群を遮断するスペクトルフィルタ１０４とを備える。ＬＥＤ１０２は通常、光源パッケージ１０６内に収納されており、光源１００の構成要素は、ピンおよび／または接合パッド等の電気接続によって、回路基板（不図示）に取り付けられている。また、光源パッケージ１０６は、熱伝導性が高く、ＬＥＤ１０２からの熱を放散および／または伝導するように構成されるとしてもよい。パッケージングの際に用いられる接続部分は、公知の種類のものを利用するが、本開示内容には特に関係がないので詳細な説明は省略する。スペクトルフィルタ１０４は、光源パッケージ１０６に（例えば、接着剤、化学接合、ネジ、圧縮等の公知の固定技術を用いて）接合されるとしてもよい。これに代えて、スペクトルフィルタ１０４は、フィルタリングされていない光が光源１００から漏れることなく、ＬＥＤ１０２が発光する光の略全てがスペクトルフィルタ１０４を通過するように、光源パッケージ１０６に近接して設けられるとしてもよい。
【００３８】
一実施形態によると、第１のスペクトル帯域群はＲ１／Ｇ１／Ｂ１のための通過帯域を含み、第２のスペクトル帯域群はＲ２／Ｇ２／Ｂ２のための阻止帯域を含むとしてもよい。別の実施形態によると、第１のスペクトル帯域群はＲ１／Ｇ１／Ｂ１のための阻止帯域を含み、第２のスペクトル帯域群はＲ２／Ｇ２／Ｂ２のための通過帯域を含むとしてもよい。一般的には、上述したように、通過帯域／阻止帯域（または、一部の実施形態では阻止帯域／通過帯域）であるＲ１／Ｒ２の対、Ｇ１／Ｇ２の対、およびＢ１／Ｂ２の対は、周波数範囲がほとんど重複しないことが好ましい。
【００３９】
一部の実施形態によると、スペクトルフィルタ１０４は、色を選択する特性を持つ位相差板スタックフィルタ（ＲＳＦ）技術（例えば、米国コロラド州ボールダーのリアル・ディー・インク（ＲＥＡＬ  Ｄ，Ｉｎｃ．）製のカラーセレクト（ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ：登録商標）フィルタを用いる）に基づいて形成されるとしてもよい。ＲＳＦまたはカラーセレクトフィルタは、位相差板スタックを用いて、ある色の帯域（例えば、Ｇ）の偏光状態を９０度回転させる一方、その相補的な色の帯域（例えば、Ｇ´）については入力時の偏光状態を保持する。ＲＳＦまたはカラーセレクトフィルタは、譲受人が本願と共通している米国特許第５，７５１，３８４号および第５，９５３，０８３号（発明者：ゲイリー・シャープ）、および文献「ＬＣＤプロジェクション用の偏光エンジニアリング」、ロビンソン他、１２９−５１（２００５年）で開示されている。これらの文献は参照により本願に組み込まれる。一般的な位相差板スタックは、少なくとも２つの位相差フィルムを備える。位相差フィルムは、積層されることによって、偏光子および検光子が用いられる場合に正確なフィルタリングが行われるように、偏光を操作する。また、入力偏光素子と、位相差板スタックと、出力偏光素子とが組み合わせられて、有限無限応答（ＦＩＲ）フィルタを実現するとしてもよく、直線偏光のインパルス入力に応じて少なくともＮ＋１個の空間オフセット光パルスを生成するとしてもよい。このように、ＦＩＲフィルタは、少なくとも１つの光の帯域を実質的にフィルタリングする。このようなフィルタは、適切な２軸フィルムを用いることによって、角度に関する許容誤差を非常に大きくすることができるので、小型のＬＥＤ発光素子に近接して設けることができる。このようなフィルタはまた、所望されない光を検光子に導き、光漏れによるスペクトル汚染を防ぐ。
【００４０】
ほかの実施形態によると、スペクトルフィルタ１０４はダイクロイックフィルタであってもよい。以下に開示するさまざまな実施形態では、両方の場合のスペクトルフィルタを説明する。
【００４１】
図３は、視覚ディスプレイ用のバックライトに用いられる光源１５０の実施形態を示す概略図である。光源１５０は、１以上のＬＥＤ１５２を有する光源パッケージ１５６に近接して設けられるスペクトルフィルタ１５４を備える。本実施形態によると、スペクトルフィルタ１５４は、色選択用の位相差板スタックフィルタ１６５の入力側および出力側に設けられる、入力偏光素子１６０と、出力偏光素子１７０とを有する。
【００４２】
動作について説明すると、ＬＥＤ１５２が発光する光は、位相差板スタックフィルタ１６５を通過する前に、入力偏光素子１６０に入射する。出力偏光素子１７０は、出力偏光素子１７０の吸収軸に平行に偏光されている光を吸収して、吸収される光に対して相補的な光を透過させる。出力偏光素子１７０によって所望されない波長を吸収することによって、散乱によってカラー汚染が生じる可能性が最低限にとどめられる。さらにこの方法では、入射角に対するＲＳＦ１６５の許容誤差を利用することによって、発光角度が広いＬＥＤ発光素子１５２に近接してＲＳＦ１６５を配置することができるので、サイズおよびコストを小さくすることができる。ＲＳＦを用いる実施形態ではすべて、出射光は偏光されており、ＬＣＤパネルに取り付けられている入射偏光子によって高い透過度で透過される可能性が高く、中間に存在する拡散素子はいずれも偏光を保持するものと仮定する。この場合には、現在市販されているディスプレイで通常利用されている高価な偏光再循環フィルムはほとんど必要ない。
【００４３】
図４Ａは、視覚ディスプレイ用のバックライトに用いられる光源２００である第２の実施形態を示す概略図である。光源２００は、図３に示した光源と非常によく似ているが、入力偏光素子１６０に代えて、スリーエム・インク（３Ｍ，Ｉｎｃ．）社のデュアル・ブライトネス・エンハンスメント・フィルム（ＤＢＥＦ）、または、モックステック・インク（Ｍｏｘｔｅｋ，Ｉｎｃ．）社のワイヤグリッド素子等の反射偏光素子２１０が用いられている。望ましくない偏光がこの反射偏光素子２１０に入射すると、吸収されずに反射される。反射された光は、光源パッケージ２０６の内面に対して照射される。光源パッケージ２０６の内面は、偏光を反射および混合するように調整され得る。２回反射されたこの光の半分は、反射偏光素子２１０によって透過されて、スペクトルフィルタ２０４から出射される最終的な光出力に加えられる。さらに反射を増やすことによって、正味の発光量をさらに大きくすることができると思われる。このようにして、偏光を回復する。
【００４４】
図４Ｂは、反射偏光素子２６０の前の光路に４分の１波長板（ＱＷＰ）２５８を設ける視覚ディスプレイ用のバックライトに用いられる光源２５０である第３の実施形態を示す概略図である。ここで、反射偏光素子２６０が反射する光の偏光は変換されている。この光は、さらに大きく偏光を変化させることなく再度反射されると（例えば、メタライゼーションが施されたパッケージの場合のように）、ＱＷＰ２５８によって略所望の透過偏光状態に変換される。このように、偏光の回復は光を１回跳ね返らせることによって行われる。
【００４５】
図５Ａおよび図５Ｂは、視覚ディスプレイ用のバックライトに用いられる光源３００である第４の実施形態例を示す概略図である。本実施形態によると、スイッチングスペクトルフィルタ３０４は、第１の状態の場合に第１および第２のスペクトル帯域群を透過させる（フィルタリングされていない出力を提供する）としてもよい。スイッチングスペクトルフィルタ３０４は、第２の状態の場合には、第１のスペクトル帯域群を通過させて、第２のスペクトル帯域群を遮断する（フィルタリング済みの出力を提供する）としてもよい。
【００４６】
光源３００は、ＬＥＤ３０２と、ＬＥＤ３０２が出力する光をフィルタリングするスイッチングスペクトルフィルタ３０４を備える。スイッチングスペクトルフィルタ３０４は、図示されているように配置される、入力偏光素子３１０と、出力偏光素子３２０と、第１の位相差板スタック３１４と、第２の位相差板スタック３１８と、ＬＣスイッチ３１６とを備えるとしてもよい。ＬＣスイッチ３１６は、ねじれゼロの０度で配向されているＬＣセルであるとしてもよく、第１の位相差板スタック３１４および第２の位相差板スタック３１８の間に設けられている。第１の位相差板スタック３１４は、Ｒ１Ｇ１Ｂ１等の所定のスペクトルを透過して、Ｒ２Ｇ２Ｂ２等の第２の所定のスペクトルを遮断するように構成されているノッチフィルタであってよい。第２の位相差板スタック３１８は、第１の位相差板スタック３１４とは逆の位相差板スタック構成を有する。本実施形態では、文献「ＬＣＤプロジェクション用の偏光エンジニアリング」、マイケル・ジー・ロビンソン（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）他、２１０−２１３（２００５）に開示されているＬＣ色変調技術を利用するとしてもよい。当該文献は参照により本願に組み込まれる。
【００４７】
動作について説明すると、スイッチングスペクトルフィルタ３０４は、ＬＥＤ３０２からの入射光を対象に動作する。ＬＥＤ３０２からの入射光はまず、偏光素子３１０によって直線的に偏光される。第１の位相差板スタック３１４は、スイッチングの対象であるスペクトル群（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）について４５度に配向された楕円偏光状態を形成し、残りのスペクトルについては変化させないままとする。第１の状態（例えば、オフ状態）では、ＬＣスイッチ３１６は、第２の逆の位相差板スタック３１８が全ての光を元の偏光に戻す（例えば、Ｒ１Ｇ１Ｂ１およびＲ２Ｇ２Ｂ２の光を通過させる）ように、全ての偏光状態を保持する。第２の状態（例えば、オン状態）では、ＬＣスイッチ３１６は、第２の位相差板スタック３１８が直交偏光状態を形成するように、１つの偏光成分（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）に位相差を与える。このため、ＬＣスイッチ３１６は、第２の状態において第２の偏光素子３２０が直交状態を遮断するように１つのスペクトル群（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）のみを変換するので、ある発光スペクトル群を遮断する（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２は出力されないよう遮断される）。
【００４８】
図６は、視覚ディスプレイ用のバックライトに用いられる光源３５０である第５の実施形態例を示す概略図である。この第５の実施形態では、スイッチングスペクトルフィルタ３５４は、第１の状態の場合に、第１のスペクトル帯域群（例えば、Ｒ１Ｇ１Ｂ１）を通過させて、第２のスペクトル帯域群（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）を遮断するとしてもよい。これとは逆に、第２の状態では、第２のスペクトル帯域群を通過させて、第１のスペクトル帯域群を遮断するとしてもよい。
【００４９】
光源３５０は、ＬＥＤ３５２と、ＬＥＤ３５２が出力する光を選択的にフィルタリングするスイッチングスペクトルフィルタ３５４とを備える。スイッチングスペクトルフィルタ３５４は、図示されているように配置される、入力偏光素子３６０と、出力偏光素子３７０と、位相差板スタック３６８と、ＬＣスイッチ３６６とを有するとしてもよい。位相差板スタック３６８は、ある色の帯域（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）の偏光状態を９０度回転させる一方、これと相補的な色の帯域（例えば、Ｒ１Ｇ１Ｂ１）は入力時の偏光状態を保持する。例えば、ＬＣスイッチ３６６は、厚いねじれネマチック（ＴＮ）セルであって色消し線形スイッチング特性を有するとしてもよい。またはこれに代えて、ＬＣスイッチ３６６は、強誘電性液晶（ＦＬＣ）デバイスを用いて、高速スイッチングの効果を奏して軸外の光について角度の許容誤差を非常に大きくするとしてもよい。代替的な実施形態では、位相差板スタック３６８およびＬＣスイッチ３６６の位置を逆にするとしてもよい。
【００５０】
動作を説明すると、スイッチングスペクトルフィルタ３５４は、ＬＥＤ３５２からの入力光を対象に動作する。ＬＥＤ３５２からの入力光はまず、偏光素子３６０によって直線偏光される。ＬＣスイッチ３６６は、第１の状態（例えば、オフ状態）では、位相差板スタック３６８が第２の色帯域Ｒ２Ｇ２Ｂ２の光に対して直交する第１の色帯域Ｒ１Ｇ１Ｂ１の光を出力するように、全ての偏光状態を保持する。出力偏光素子３７０の配向によって決まる、第１のスペクトル群および第２のスペクトル群のうち１つのみが通過することができ、他方のスペクトル群は遮断される。ＬＣスイッチ３１６は、第２の状態（例えば、オン状態）では光に位相差を与えて、通過する光の偏光を９０度変換する。このため、第１の状態にある場合には、第１のスペクトル群Ｒ１Ｇ１Ｂ１が通過して、第２の状態にある場合には、第２のスペクトル群Ｒ２Ｇ２Ｂ２が通過してＲ１Ｇ１Ｂ１は遮断される。
【００５１】
一部の好ましい設計では、ＬＣのオフ状態が基板に対して略法線となっている場合に光を良好にフィルタリングする。これは、この場合にはＬＣスイッチ３６６が軸外の光についてより有効に補償され、より高度な角度フィルタリング機能を実現することができるためである。
【００５２】
図７は、ダイクロイックフィルタを利用する、視覚ディスプレイ用バックライトの光源４００である第６の実施形態を示す概略図である。光源４００は、概してダイクロイックフィルタ４０８および拡散素子４１０の方向に光を発光するＬＥＤ４０２を備える。通常は、フィルタ４０８のようなダイクロイックフィルタは、ガラス基板に普通コーティングされる、誘電材料から構成される多くの（約１０個から１００個）の薄い（約１ｕｍ）層を有する。層境界で反射される光同士の干渉によって、透過スペクトルおよびそれに対して相補的な反射スペクトルが決まる。このようないわゆる「ダイクロイック」フィルタは、一部の波長を反射する一方で別の一部の波長を透過させる。ダイクロイックフィルタは、最適化アルゴリズムを用いて設計することができ、蒸着またはスパッタリングといった薄膜堆積技術を用いて製造することができる。このため、ダイクロイックフィルタ４０８は、Ｒ１Ｇ１Ｂ１といった第１のスペクトル群を通過させるように設計されるとしてもよい。別の実施形態によると、ダイクロイックフィルタ４０８は、Ｒ２Ｇ２Ｂ２といった第２のスペクトル群を通過させるように設計されるとしてもよい。
【００５３】
光源４００はさらに光源パッケージ４０６を備えるとしてもよい。光源パッケージ４０６は、ＬＥＤ４０２からの光をコリメートしてダイクロイックフィルタ４０８に対するこの光の入射角を小さくするので、望ましくない角度の影響を最低限に抑える機能を有する。コリメートするためには一定の輝度という条件下で出力開口を大きくしていき、この結果、ＬＥＤ４０２の真上に配置されるものよりも大きいフィルタリング領域が必要になり得る。本実施形態例では、所望されない光は反射されてパッケージ内に戻り、パッケージ内で何度も反射されながら吸収されるものと仮定される。また一部の実施形態によると、過剰な反射を防ぐと共に不可避な色汚染を避けることを目的として、吸収手段（黒化領域等）を設けることが望ましい場合もある。
【００５４】
ダイクロイックフィルタは、低コストで実現できる場合が多いが、通常は角度に関して非常に要件が厳しく、本質的に、所望されない反射光を除去する必要性があるという問題を抱えている。また、非常に精度の高い狭い帯域で設計するためには、多くの層が必要となり、コストが上昇してしまう。このような理由から、局所的なフィルタリングが望ましいＬＥＤバックライトにダイクロイックフィルタを利用することは難しい。
【００５５】
図８は、ダイクロイックフィルタを利用する、視覚ディスプレイ用バックライトの光源４５０である第７の実施形態を示す概略図である。本実施形態例では、「半球」形状の基板を利用してダイクロイックフィルタ４５８の角度許容誤差を改善すると共に、ＬＥＤ４５２により近接させてダイクロイックフィルタ４５８を配置することができるので、サイズの小型化が図れる。このような構成とすることによって、入射光はコーティングに対して幾何学的に、より法線に近くなるので、所望されない軸外の漏れが低減される。
【００５６】
図９は、段階的な「標的」形状のダイクロイックフィルタ５０８を利用する、視覚ディスプレイ用バックライトの光源５００であるさらに別の実施形態を示す概略図である。ダイクロイックフィルタ５０８は、軸外光を補償するべく（上面図に示されるように）中心から径方向に外側に向かうにつれて、誘電材料の層が徐々に厚くなっていく、径方向に対称的な段階的コーティングを有する。
【００５７】
図１０は、視覚ディスプレイ用バックライトの光源５５０であるさらに別の実施形態を示す概略図である。ダイクロイックフィルタによって反射される所望されない色の波長に関する問題は、図１０に示す実施形態では利点として利用される。ＬＥＤ発光素子５５２は、数多くの発光体と共にリン光体５５４から光が放出されるように構成される。リン光体５５４から発光する光は、コリメートされて反射ダイクロイックフィルタ５５８によってフィルタリングされる。反射された光は、リン光体５５４に再度入射して吸収される。このようにリン光体５５４を励起することによって、異なる波長の光が続いて発光されて、フィルタ５５８を透過して最終的な発光に含まれ得る。このような光の再循環によって、比較的短い波長の光（例えば、約４５０ｎｍ）を比較的長い波長の光（例えば、約５８０ｎｍ）に変換することができ、素子の設計としては、狭帯域の発光素子で比較的長波長の通過フィルタを有するものが好まれる。広大域発光素子が利用される場合は、可視光スペクトルにおいて複数の通過帯域を有するくし形フィルタを利用するとしてもよい。
【００５８】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ダイクロイック型または位相差板スタック型のスペクトルフィルタ６０８がＬＥＤ６０２の上方から機械的に移動させられ得る、視覚ディスプレイ用バックライトに用いられる光源５５０である実施形態を示す概略図である。機械的に移動させるためには、スペクトルフィルタをＬＥＤ６０２の光路および出力光路外に位置させるために十分な横方向の移動を実現する、関連技術分野で公知のアクチュエータであればどのようなものを用いるとしてもよい。第１のモードでは、図１１Ａに図示されているように、スペクトルフィルタ６０８は、ＬＥＤの出力光路に位置しているので、所定のスペクトル群（例えば、Ｒ１Ｇ１Ｂ１）を通過させる。第２のモードでは、図１１Ｂに図示されているように、スペクトルフィルタ６０８は、ＬＥＤの出力光路に位置していないので、ＬＥＤ６０２からの出力光をすべて通過させる。通常のＲＧＢのＬＥＤ発光素子パッケージ６０６のサイズは約３×３ｍｍと小さいので、このような方法が実現可能である。実施形態例によると、複数の光源アレイを用いる場合、大域的に機械的操作を行うべく、スペクトルフィルタ６０８はすべて、１つのフィルムまたはシート６２０に取り付けることが可能となる。このように、図１１Ａおよび図１１Ｂに図示されている２つのモードは、スペクトルフィルタリングおよびそれに付随して発生する光損失が、スペクトルフィルタが移動させられた場合に、標準的な利用の場合に比べて低減しない、ＬＥＤバックライトをどのように実現するかを説明するためのものである。
【００５９】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、視覚ディスプレイ用バックライトに用いられる光源の２つの異なる実施形態７００および７５０を示す概略図である。図１２Ａに図示されている実施形態ではダイクロイックフィルタが用いられており、図１２Ｂに図示されている実施形態では位相差板スタックフィルタが用いられている。これらの実施形態では、相補的なスペクトルの光は、破棄されるのではなく偏向される。この偏向された光を、直接発光される光（第１スペクトル光、例えばＲ１Ｇ１Ｂ１）とは別個の相補的なスペクトルの光（第２スペクトル光、例えばＲ２Ｇ２Ｂ２）を発光させるように方向付けることによって、スクロール型照射方法または空間分離照射方法において、全ての光を利用することができるようになる。図１２Ａに示したダイクロイックフィルタを用いる実施形態では、ダイクロイックフィルタ７００は、第２スペクトル群の光を偏向するべく、ＬＥＤ７０２から発光される光に対して角度を持つように配置される。図１２Ｂに示した位相差板スタックフィルタを用いる実施形態では、ワイヤグリッド、ＤＢＥＦフィルム、またはマクニールプリズムなどによって形成される反射偏光ビームスプリッタ７６４が用いられ、偏光回転子７６６によって直進ビームおよび非直進ビームの両方の偏光をより均一にするべく用いられるとしてもよい。
【００６０】
図１２Ｃは、視覚ディスプレイバックライト用の光源８００を示す概略図で、ビームを横方向にずらすための非結像用導波光学系８２２および８２４を追加することによって図１２Ｂに示した実施形態を変形する様子を説明するための図である。非結像用導波光学系の例を挙げると、ライトパイプ、ライトトンネル、および放物線形集光器体などがある。この技術を用いてパネルに対して光を照射する例を以下で説明する。
【００６１】
図１３は、光源８５２および８５４から成る光源アレイを用いてＬＣＤパネルに対して光を照射するためのバックライトを実現するシステム８５０を示す概略図である。尚、ＲＧＢの光源８５２および８５４は、それぞれが３つの通過帯域を持つスペクトルフィルタを用いてフィルタリングされるとしてもよい。上述したように、第１のスペクトル群はＲ１Ｇ１Ｂ１という通過帯域を含み、第２のスペクトル群はＲ２Ｇ２Ｂ２という通過帯域を含むとしてもよい。前述したように、スペクトルフィルタは位相差板スタック型であってもよいしダイクロイック型であってもよい。本実施形態のように配置されると、光源８５２および８５４は、交互（チェッカーボード）配列され、Ｒ１Ｇ１Ｂ１発光スペクトルおよびＲ２Ｇ２Ｂ２発光スペクトルが交互になるようにする。
【００６２】
他の実施形態によると、光源はスイッチング型（例えば、図５Ａ、図５Ｂおよび図６に示した実施形態）としてもよく、または、機械的手段（例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂに示したように）を有するとしてもよい。ＬＣＤの入力偏光子８５８よりも前に、位相差板スタック型の実施形態では、偏光を保持する拡散素子８５６を用いるとしてもよい。
【００６３】
図１４は、光源８５２および８５４から成る光源アレイを用いてＬＣＤパネルに対して照射されるバックライトを提供するシステム９００を示す概略図である。光源９０２および９０４は、図１２Ａから図１２Ｃを参照しつつ説明した実施形態と同様の構造を持つとしてもよく、光を導くことを目的として適切な非結像用の導波光学系を用いるとしてもよい。光源９０２は、第１の出力ポート９１０から第１のスペクトル帯域群（例えば、Ｒ１Ｇ１Ｂ１）を供給し、第２の出力ポート９１２から相補的な第２のスペクトル帯域群を供給するとしてもよい。同様に、光源９０４は、第１の出力ポート９１４から第２のスペクトル帯域群（例えば、Ｒ２Ｇ２Ｂ２）を供給し、第２の出力ポート９１６から相補的な第１のスペクトル帯域群を供給するとしてもよい。ＬＣＤの入力偏光子９０８よりも前に、位相差板スタック型の実施形態では、偏光を保持する拡散素子９０６を用いるとしてもよい。このような構成とすることによって、バックライトにおけるＬＥＤの数が少なくなり、電力消費が削減され熱出力が小さくなる。
【００６４】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、スクロール型のＬＣＤ用バックライトに組み込まれる空間分離フィルタリング方法を示すための概略図である。図１４に示した実施形態の動作を図示している図１５Ａを参照しつつ説明すると、光源９０２および９０４が連続して発光することによって、第１スペクトル群および第２スペクトル群の色帯域が形成され、特定の色の画像情報を含むＬＣＤ上のピクセルに対して照射されるとしてもよい。このように連続して発光する様子は、第１のスペクトル帯域群９２０および第２のスペクトル帯域群９３０それぞれをスクロールすることによって示されている。第１のスペクトル帯域群９２０が照射される前に、アドレス指定されたピクセルは、カラー符号化に特有の変調値を持つとしてもよい。第２のスペクトル帯域群９３０が照射される前に、同じピクセルに第２の一連の値を送信するとしてもよい。これは、本願と譲受人が共通している米国特許出願公報第２００７／０１８８７１１Ａ１号（発明の名称：多機能アクティブマトリックス液晶ディスプレイ）、出願日：２００７年２月９日、参照により本願に組み込まれる）に記載されている方法に比べると、より複雑なスクロール方法であるが、同様のスクロールの原理が用いられており、スクロールすることによって、ピクセル安定化期間を隠して、動きアーチファクトが低減される。
【００６５】
図１５Ｂは、図１４に示す実施形態の別の動作例を示す図であるが、複数の第１のスペクトル帯域群９２０および複数の第２のスペクトル帯域群９３０が一度に照射されている。第１のフレームでは、第１のスペクトル帯域群９２０が照射され、第２のスペクトル帯域群９３０もまた照射されるとしてもよい。第２のフレームでは、第２列目のＬＥＤがオン状態に制御され、第１のスペクトル帯域群９４０および第２のスペクトル帯域群９５０が照射される。第１のフレームおよび第２のフレームは、２倍（または４倍）スクロール法を実現するべく、交互に実行されるとしてもよい。このような方法は、アーチファクトを低減して表示性能を向上させるべく、高速応答ＬＣＤに利用されるとしてもよい。
【００６６】
図１６は、フィルタリングされたＬＥＤを用いてディスプレイの１つおきのフレームに対して照射を行い、色を選択する適切なアイウェアによって立体視を実現する、一実施形態例に係るシステムを示す図である。このようなシステムは、例えば、本願と譲受人が共通している特許出願第１１／４６５，７１５号（発明の名称：「立体視用アイウェア」、出願日：２００６年８月１８日）に記載されており、当該出願は参照により本願に組み込まれる。左目用画像および右目用画像を出力するために一対のスペクトル群を利用する実施形態例は、上述した、本願と譲受人が共通している、米国特許出願公報第２００７／０１８８７１１号Ａ１に記載されている。
【００６７】
立体投影用の偏光変換システムの実施形態および変形例を上述したが、上述の記載内容は本発明を例示することのみを目的としており、本発明を限定するわけではないと理解されたい。このため、本発明の範囲は、上述した実施形態例のいずれによっても限定されるべきではなく、任意の請求項および本開示から導き出される請求項の均等物に従ってのみ定義されるべきである。また、上述の利点および特徴は、説明した実施形態において示しているが、本願の請求項の用途を上述の利点の一部または全てを達成するための処理および構造に限定するわけではない。
【００６８】
また、本明細書のセクションタイトルは、米国特許法施行規則１．７７の指摘に従って付けたものか、そうでなければ文書の構成を分かりやすくするためのものである。これらのセクションタイトルは、本開示内容から導き出される任意の請求項に記載される発明を限定または特徴付けるものではない。具体的に一例を挙げて説明すると、「技術分野」というセクションタイトルがあるが、任意の請求項は、このタイトルのセクションで使用されている表現によって、いわゆる技術分野を説明しているものと限定されるべきではない。また、「背景技術」での技術の説明は、その技術が本開示内容における任意の発明に対する先行技術であることを認めるものと解されるべきではない。また、「発明の概要」も請求項に記載される本発明を特徴付けるものと解されるべきではない。また、本開示において「発明」に単数形で言及しているが、それを理由に本開示では新規性のポイントが１つのみであると主張すべきではない。本開示から導き出される複数の請求項に記載される限定に従って複数の発明を記載し得る。従って、請求項は本発明を定義して、請求項の均等物が保護される。いかなる場合も、本願請求項の範囲はその利点について本開示内容を鑑みて考慮されるべきであり、本明細書のセクションタイトルによって制限されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010507134.tif 000015
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2010507134.tif 000026