光モジュレータおよびシーケンサー
【課題】色選択性光モジュレーターならびにこれらを使用する色フィルター、シーケンサーおよびディスプレイを提供する。
【解決手段】光モジュレータであって、以下： 入力光を受容し、偏光を出力するための、入力偏光子；第一の色選択性偏光モジュレータであって、該偏光を受容するため、および該偏光の少なくとも第一スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第一の色選択性偏光モジュレータ；第二の色選択性偏光モジュレータであって、該第一の色選択性偏光モジュレータからの光を受容するため、および該偏光の少なくとも第二スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第二の色選択性偏光モジュレータ；および 出力偏光子であって、該第一および第二スペクトルの偏光状態を受容し、分析するための、出力偏光子、を有する。
【解決手段】光モジュレータであって、以下： 入力光を受容し、偏光を出力するための、入力偏光子；第一の色選択性偏光モジュレータであって、該偏光を受容するため、および該偏光の少なくとも第一スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第一の色選択性偏光モジュレータ；第二の色選択性偏光モジュレータであって、該第一の色選択性偏光モジュレータからの光を受容するため、および該偏光の少なくとも第二スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第二の色選択性偏光モジュレータ；および 出力偏光子であって、該第一および第二スペクトルの偏光状態を受容し、分析するための、出力偏光子、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、色選択性偏光変調に関する。より詳細には、カラー化画像処理デバイス（例えば、ディスプレイおよびカメラ）のためのカラーシーケンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
フルカラーディスプレイは一般に、以下の４つの技術のうち１つを使用して実現される：（１）カラーフィルターアレイを空間的に使用する技術；（２）一時的に、逐次的色技術を使用する技術；（３）複数の光路を使用する相加的な重層：または（４）スタックしたディスプレイパネルを減法的に使用する技術。空間的なカラーシステムにおいて、各フルカラーピクセルは、少なくとも３つのサブピクセルに細分化され、１つは、各加法原色に対して専用化される。赤色、緑色、青色のスペクトルフィルターからなるカラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の活性ピクセル素子に記録され、その結果、各原色の電送レベルは、局所的に制御され得る。この技術は、観察者から見て、個々に分離されないほど十分に小さいサブピクセルを必要とする。眼によって得る空間的な一体化から、知覚されたフルカラーの画像を得る。細分化の結果として、空間的なカラーシステムにおいて使用されるディスプレイパネルは、モノクロディスプレイにおいて使用される、ピクセル数の３倍のピクセル数を必要をする。
【０００３】
逐次的色技術において、サブフレームが表示され、このとき、各サブフレームは、フルカラー画像において、加法原色の分配を包含する。十分な速度（例えば、ビデオ速度の３倍、すなわち１８０Ｈｚ）でサブフレームを表示することによって、眼は一時的にサブフレームを一体化し、知覚されたフルカラー画像を得る。この場合、空間的な細分が存在しないので、各ピクセルはフルカラーを提供する。原則として、ＣＦＡを使用するフルカラーピクセルは、同一領域の一連のピクセルとして同一の輝度を提供する。しかし、光の有効な使用とはならない。なぜなら、加法原色を表示することは一般に、補色減法原色のブロッキングを意味するからである。
【０００４】
相加的な重層を使用するフルカラーディスプレイを実現するため、例えば、投影システムにおいて、光源は３つの光路に分割され、この各々は１つの加法原色バンドにおいて、光源電源を装備する。典型的に、２色性ビームスプリッターは３つの加法原色を３つの物理的に分離した経路に分離するために使用される。１つのディスプレイパネルは、各光路における光学的な伝送を空間的に変調するために充てられる。続いて、各画像は相加的に上載せされ、フラカラー画像を形成する。この技術は、よりハードウェア示強性であるが、これは原理上、空間または時間的なカラー技術のいずれよりも、３倍の明るさである。このように、この技術は投影システムの実現に好ましい。
【０００５】
減法ディスプレイにおいて、３つの光路は、波面剪断なしで効果的に製造される。このようなシステムは、カラーフィルムと類似的であるので、用語「減法」が適切である。全ての光が、同一の物理的経路を進行するが、構造の特定の層だけは、各波長バンドにおける光を処理する。実際、フルカラーディスプレイは、３つの同時に記録された伝送ディスプレイパネルのスタックからなり、各々は、１つの加法原色の局所的伝送を独立して決定することを請け負う。なぜなら、唯一物理的な経路が存在するからであり、各ステージは波長選択的な偏光効果を使用して他方から独立されなければならない。輝度変調には、偏光入力および有効な電圧制御分析偏光子の両方を必要とする。従って、色が独立した輝度変調は、入力偏光度を選択的に制御する波長および／または検光子の波長選択性によって典型的に達成される。加法分割経路ディスプレイと比較して、減法ディスプレイは、固有の設計課題を有する。高い光学スループットを得るため、パネル透過損失は低くあるべきであり、任意の受動色制御素子は低損失であるべきであり、そして画像は、パネル間で有効的に中断されなければならない。直視ディスプレイシステムにおいて、ディスプレイをオフノーマル（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ）で見る場合、色質および視差に関しては、さらに複雑である。
【０００６】
幾つかの減法ディスプレイのスキームが関連分野で開示されている。最も簡素な構造は、ニュートラル偏光子（ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）と共に、３つのゲストホストＬＣＤを使用する（例えば、それらは米国特許第３，７０３，３２９号および同第５，０３２，００７号に開示される）。各ＬＣＤパネルは色素を含み、この色素は印加された電圧によって決定される、面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）投影と共に色選択性偏光子として作用する。他の実施態様において、変調および波長選択偏光分析（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）の機能は、準ニュートラルＬＣＤと色選択性偏光フィルムを組み合わせることでデカップリングされる。このような偏光子は、多色色素偏光子で有り得る（例えば、米国特許第４，４１６，５１４号、同第５，１２２，８８７号および、Ｋ．Ｒ．Ｓａｒｍａら、ＳＩＤ'９３ ＤＩＧＥＳＴ、１００５頁または多色ＬＣフィルムに開示されるもの、または、米国特許第５，６８６，９６１に開示されるようなもの）。他の可能性のある色偏光フィルム技術には以下のものが挙げられる：１つの直線偏光における誘電ミラー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）として挙動し、そして直交偏光においては等方性である、多層延伸ポリマーフィルム（米国特許第５，６１２，８２０号開示されるもの）、およびコーティングしたプリズムフィルム（米国特許第５，４２２，７５６号に開示されるもの）。さらに他の形状、例えば、米国特許第５，０５０，９６５号に開示される形状において、混合型減法ディスプレイが開示され、これは、ねじれたＬＣＤパネルからの複屈折色と組み合わせた色選択性偏光子を利用する。
【０００７】
関連技術の減法ディスプレイの性能は、多数の因子によって妨害される。例えば、浅い転移スロープ（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｌｏｐｅ）および多くの色素偏光子の低いピーク透過（ｐｅａｋ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のために色質およびスループットは乏しい。より基本的には、３つの減法フィルターステージを使用する場合、黒色状態の光学密度は典型的に乏しい。
【０００８】
減法型においては、各加法原色は、二段階の協同作用（各々が、１つの加法原色をブロックする）を介して生成される。このブロックされた加法原色は原色（複数）と隣接し、典型的に、望ましくない漏れが存在する。より重要なことに、密な黒色状態は、白色（任意の内部原色（ｉｎｔｅｒｐｒｉｍａｒｙ）光を含む）から３色全ての加法原色を引くことによって得られる。このことは、困難なスペクトル処理の問題を表す。なぜなら、コントラスト比は小さいサイドローブ振幅によってでさえも下がり得る。さらに、許容可能なコントラストを達成する設計は、小さな製造許容差、モジュレーターの均一性における変化、および環境の変化に対して強くない。このことは、高いコントラスト比がステージ間で、高レベルの協同を要求するからである。
【０００９】
減少したサイドローブレベルは、各減法原色の重なりを増加させることによって達成され得る。しかし、これは、原色のカラーコーディネートに悪影響を与えることなく実施され得る。受動ノッチフィルタリングは、内部原色光を発するために提供され得るが、これは、挿入損およびコストの増大に関わる。印刷システムにおけるように、第四の「黒色パネル」は、コントラスト比を改善するために挿入され得、これは、再度コストおよび複雑さを増大させ、そしてスループットを減少させる。この「黒色パネル」技術は、米国特許第５，０５０，９６５号に開示される。
【００１０】
チューナブルフィルターまたはカラーシャッターは、先行技術において十分に考証されている。このようなフィルターには、２つのクラスが存在する：偏光干渉フィルター（ＰＩＦ）、および切換え偏光フィルター（ＳＰＦ）。
【００１１】
ＰＩＦは、従来、スペクトル測定装置に使用されており、それは、それらが、嵩張り、製造が複雑であり、そして較正を必要とするためである。Ｌｙｏｔ ＰＩＦは、独立型フィルターユニットからなり、これは、協同的に作用し、バンドパスプロファイルを発生する。このようなスペクトルプロファイルは、特に、青色のディスプレイに理想的であると考えられ、ここで、適切な赤色ブロッキングは不必要に狭いバンドパス幅を決定する。Ｌｙｏｔ ＰＩＦのチューニングは、典型的に、各ステージにおけるアナログＬＣデバイスの挿入およびルックアップ表の形成を必要とする。
【００１２】
ＳｏｌｃＰＩＦは、内部偏光子が排除され、このとき、有限インパルス応答方法（ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ）（Ｈａｒｒｉｓ、Ａｈｍａｎｎ、およびＣｈａｎｇ）を使用して設計された他のフィルターを排除するという利点を有する。しかし、一般に、ＰＩＦのプロファイルのチューニングは、同調した各リターダーの中心波長の移動を必要とする。それ故、各受動リターダーは、１つ以上のＬＣデバイスの付加によって活性化されなければならない。このような構造により、アナログの純カラーの発色が可能となり、これは分光分析の用途に有益である。しかし、カラーディスプレイ／画像化において、より高いスループットおよびより簡素な構造は、ＳＰＦを使用して達成される。
【００１３】
ＳＰＦは、直交する偏光子状態の間で切換える、デジタルＬＣスイッチを利用する。受動成分またはカラー偏光子は、これらの偏光に関連した実質的に異なる透過スペクトルを有する。従って、ＬＣデバイスをこの状態間で駆動することにより、２つのカラー偏光子スペクトルの間の変調を提供する。ＬＣデバイスがアナログモードで駆動されると、その出力は典型的に、カラー偏光子スペクトルの電圧制御混合物からなる。
【００１４】
これまでＳＰＦに使用されたカラー偏光子には、以下のものが挙げられる：ニュートラル偏光子上の単一の４５°配向直線リターダー（米国特許第４，００３，０８１号（Ｈｉｌｓｕｍ）、同第４，０９１，８０８号（Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）、および同第４，２３２，９４８号（Ｓｈａｎｋｓ）に開示される）、多色色素直線偏光子（米国特許第４，５８２，３９６号（Ｂｏｓ）、同第４，４１６，５１４号（Ｐｌｕｍｍｅｒ）、同第４，７５８，８１８号（Ｖａｔｎｅ）、同第５，３４７，３７８号（Ｈａｎｄｓｃｈｙ）に開示される）、両方の効果を含むハイブリッド構造（米国特許第４，９１７，４６５号（Ｃｏｎｎｅｒ）、および同第５，６８９，３１７号（Ｍｉｌｌｅｒ）に開示される）、コレステリック液晶円形偏光子（米国特許第５，６８６，９３１号（Ｆｕｎｆｓｃｈｉｌｌｉｎｇら）に開示される）、および偏光子リターダースタック（ＰＲＳ）技術（米国特許第５，７５１，３８４号（Ｓｈａｒｐ）に開示される）。他の潜在的カラー偏光子技術には、以下のものが含まれる：コーティングしたプリズム偏光子（米国特許第５，４２２，７５６号（Ｗｅｂｅｒ）に開示される）、および多層延伸ポリマー（ＰＣＴ出願番号ＷＯ９５／１７６９１（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）に開示される）。
【００１５】
最高のスループットＳＰＦは、現在、ＰＲＳ技術を利用する。このような構造は、スタックに対して外部のスイッチを使用するため、パワーの保存はニュートラルスイッチを仮定することを命令し、２つのスペクトルは実質的に互いに逆である。追加の受動フィルタリングがない場合、スペクトルは、半最大点（ｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｉｎｔ）でのスペクトルの重なりと非常に関連する。このように、ＳＰＦ技術に基づくリターダーは、フィルターを通した出力とニュートラル出力との間のスイッチングよりもむしろ、補色間のスイッチングに対して十分適切である。
【００１６】
補色スイッチ技術に関する別の問題は、出力強度に関する。典型的に、セルクロミナンスは、得られたカラーコーディネートに重要な影響を有する。中心波長およびセルの均一性が作製において決定されるが、挙動は引き続いて温度、電圧、入射角および方位角によって影響を受ける。例えば、ゼロツイストネマチック（ＺＴＮ）セルが、ＰＲＳ（典型的には、非作動状態）のスペクトルを反転する場合、この半最大点は、セルの半波リターダンス（ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）に従ってシフトされ得る。作動状態において、このセルは、通常のインシデンスにおいて消失され、性能を制限する色偏光子を与え得る。しかし、フィルターのオフノーマルを調べる場合、重要なリターダンスを典型的に経験する。このことによって、カラーコーディネートに有意に影響を与え得る。従って、補色スイッチングを使用して安定なカラーコーディネートを達成することによって、非現実的な耐性が設置され得、そして、幾つかの場合、達成できない性能をセルに要求し得る。
【００１７】
上記の文献は本明細書中で参考として援用され、本明細書中では、追加または代替の詳細、特徴および／あるいは技術背景の教示に当てる。
【発明の開示】
【００１８】
（発明の要旨）
本発明は色選択性光モジュレーターならびにこれらを使用する色フィルター、シーケンサーおよびディスプレイを提供する。色分離は、ほとんど損失のないリターダーフィルムを用いて達成され、透過と消光との間で、任意の急な転移スロープを有する高いスペクトル対照を与える。
【００１９】
本発明のカラーフィルターおよびカラーシーケンサーでは、各カラーフィルターのステージは、色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）であり、このモジュレーター（ＣＳＬＭ）は、補色を変調することなく、１色の透過を変化させる。カラーフィルターステージは、ニュートラルスペクトル（白色または黒色）の透過と色的にフィルターを通したスペクトルの透過との間を切換え得る。２つ以上のカラーフィルターステージが連続して使用され得、各フィルターステージは独立して、原色の透過を制御する。
【００２０】
好ましい実施態様において、各フィルターステージは、アナログ様式で加法原色の透過を局所的に制御する。従って、画像および色の発生を一体化する。１つの好ましい実施態様は、フィルターステージ間で内部偏光子を除外し、それによって、１つの入力偏光手段および１つの出力手段のみを有するフルカラーディスプレイを提供する。好ましい２偏光子配置によって、加法モード（これは、減法モードスキームに関して有用性を示す）で操作される。
【００２１】
色選択性偏光モジュレーターは、能動偏光変調要素（モジュレーター）を備える。例えば、電気工学または磁気光学偏光モジュレーターであり、これは、偏光の等方性状態の間での実質的に介在する偏光子の変調状態を有する（すなわち、固有偏光（ｅｉｇｅｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ））。この色選択性偏光モジュレーターはさらに、１つ以上のリターダーを備えたリターダースタックを備える。
【００２２】
偏光の変調状態は入力偏光であり、偏光の透過した状態がモジュレーターに印加された電圧に依存する。偏光の等方性状態は入力偏光であり、偏光の透過した状態は実質的にモジュレーターに印加した電圧に依存しない。第一スペクトルがモジュレーターの変調状態に配置され、そして、第二補色スペクトルがモジュレーターの等方性状態に配置されるように、リターダースタックは、光を色的に前条件付けする。従って、このモジュレーターは第一スペクトルの偏光の状態を変調するが、補色スペクトルの偏光を実質的には変調されないままにする。好ましい実施態様において、このスペクトルは加法原色スペクトルおよび減法スペクトルである。
【００２３】
色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）（これは、カラーフィルターを形成するために使用され得る）は、色選択性偏光モジュレーター（すなわち、リターダースタックおよびモジュレーター）を偏光検光子と組み合わせることで形成される。偏光検光子は、ニュートラル偏光子と組み合わせて第二リターダースタックとなり得るか、あるいは、色選択性偏光子（例えば、直線または円色偏光フィルター）となり得る。これらのタイプの色選択性偏光子の例は、多色色素偏光子、コレステリック液晶、およびコレステリック液晶ポリマーである。
【００２４】
好ましい実施態様において、偏光検光子は第二リターダースタックおよびモジュレーターの後に配置される検光偏光子を備える。このような構造は、変調されていないスペクトルの完全な透過または完全なブロッキングを提供する可能性を有する一方で、補色スペクトルの１００％照度変調を可能にする。リターダースタック間の関係（すなわち、各リターダーフィルムの数、配向およびリターデーション）は、顕著に全体の挙動に影響を与える。例示的なリターダースタックの関係は、協同偏光変換を表し、これによって、補色スペクトルバンドのゼロ変調を伴う、十分に規定されたスペクトルバンドの完全な照度変調を得る。
【００２５】
２つのリターダースタック（すなわち、色選択性偏光モジュレーターにおけるリターダースタックおよび偏光検光子におけるリターダースタック）を備えるＣＳＬＭにおいて、偏光子およびリターダースタックは、カラーフィルターがスタックオンリー（ＳＯ）ニュートラル（すなわち、モジュレーターがなければ、白色光を透過する）またはフィルターを通したＳＯスタックのいずれかであるように、配向され得る。ＳＯニュートラルモードにおいて、モジュレーターの作用によってフィルターを通した出力が提供され得、一方、フィルターを通したＳＯモードは、モジュレーターを使用してニュートラル状態を発生させる。いずれの場合においても、このモジュレーターに印加された電圧は、効率的に複合リターダースタックの「存在」を制御する（すなわち、２つのリターダースタックが、相殺よりはむしろフィルタリングにおいて協同し、ニュートラル出力を発生する程度）。モジュレーターがアナログ変調が可能である場合、電圧により制御された複合リターダースタックの存在はまた、アナログである。
【００２６】
リターダースタックに加え、例えば、偏光子とモジュレータータイプとの間に生ずる互換性を解決するために、さらなる偏光透過要素が入力偏光子と出力偏光子との間に備えられ得る。偏光される光源に関して、入力偏光子は必要がない。内部偏光子を有さないＣＳＬＭ実施態様において、これらのＣＳＬＭは、入力および出力偏光子に対して、偏光セパレーター／コンバイナーを有する分割経路形状において操作され得る。これらのＣＳＬＭはまた、反射モード設計を使用し得る。
【００２７】
先行技術の共通経路ディスプレイおよびカラーシーケンサーと違って、２つの偏光子ＣＳＬＭによって、各ステージの後、偏光の状態を検光するための必要性を排除することによって、減法モードよりはむしろ加法モードにおける操作を可能とする。これは、パワーベースでＣＳＬＭステージの相互作用を排除する。加法原色が減法原色となるように（すなわち、白色は黒色となり、そして逆もあり得る）スペクトルを反転することによって、重要な性能改善を得る。詳細には、これらのＣＳＬＭステージは、加法原色を発する場合、独立となり、一方で、高密度黒色状態が達成され得る。これは、減法原色および白色状態での僅かな衝撃を用いて達成される。
【００２８】
本発明のＣＳＬＭは、好ましくは、リターダースタック間に能動偏光変調素子を備え、従って、フィルターを通したスペクトルとニュートラルスペクトルとの間での変調を提供する。本発明の目的は、ＣＳＬＭを利用し、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｗ、およびＫ（黒色）のセットから任意に選択可能な出力を有するハイスループットカラーフィルターを提供することである。本発明のさらなる目的は、ＣＳＬＭを利用し、内部検光偏光子を備えないシーケンサーおよびマルチステージカラーフィルターを製造することである。本発明のさらに別の目的は、ＣＳＬＭを利用し、正確な能動偏光変調素子特性に依存しない、固定されたカラーコーディネートを有するカラーフィルターを製造することである。また、本発明の目的は、このようなフィルターをディスプレイおよびデジタルカメラと組み込んで、ニュートラル出力を有するか、または有さない、高性能の色の発生を得ることである。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、共通経路スタックパネルプロジェクターを提供することであって、このプロジェクターは、減法モードよりはむしろ加法モードで操作される。この独特なオプションは、本発明のＣＳＬＭによって可能となり、これによって、光が３つの全てのパネルを通過しきるまで、任意の光のブロッキングを避けることが可能となる。
【００３０】
本発明のさらなる利点、目的および特徴は、以下に続く発明の詳細な説明に一部示され、そして、一部は、以下の試験の際に当業者に明らかとなるか、または本発明の実施から理解され得る。本発明のこれらの目的および利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘したように実現および達成され得る。
【００３１】
本発明は、以下の図面を参照して詳細に説明され、ここで同一の参照番号は、本明細書中の同一要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
色選択性偏光モジュレータを、色選択性光モジュレータ（ＣＳＬＭ）に使用するために本発明に記載する。ＣＳＬＭは、色選択により、活性化または空間的にパターン化した素子を使用して光の伝達を制御するデバイスである。
【００３３】
カラーフィルターとして使用される一般化したＣＳＬＭ１０の回路図を図１に示す。ＣＳＬＭカラーフィルターは、入力偏光子１３０、第一リターダースタック１１０、第二リターダースタック１２０、リターダースタック１１０および１２０の間に配置された偏光子モジュレータ１００ならびに出力偏光子１４０を備える。第一リターダースタック１１０は、それぞれリターダンスΓ1，Γ2，...ΓNならびに配向α1，α2，...αNをそれぞれ有する複数の個別のリターダー１０１０ａ，１０１０ｂ，...１０１０ｃを備える。この第二リターダースタック１２０は、配向α'N，...α'2，α'1をそれぞれ有する複数の個別のリターダー１０２０ａ，...１０２０ｂおよび１０２０ｃを含む。図示する目的のために、第一および第二のリターダースタック１１０および１２０の各々は、３種の個別のリターダーで示されることを考慮すべきである。リターダースタック１１０および１２０の各々に含まれる個別のリターダーの数は、３個未満または多くなり得ることが理解されるべきである。
【００３４】
ＣＳＬＭ中の色選択性素子は、典型的に、リターダーフィルムのスタックである。しかし、これらはまた、薄いねじれた液晶フィルムであり得る。色選択性偏光モジュレータ中のリターダースタックおよび偏光検光子中のリターダースタック（これらは、リターデーション値および配向に関する）は、スペクトルバンドを決定するために使用され、スペクトルバンド上で活性化素子（偏光モジュレータ）が光伝達を変調し得る。この偏光モジュレータ（これは、活性化または空間的にパターン化した偏光モジュレータであり得る）を、選択されるスペクトルバンドの伝達を制御するためにリターダースタックの間に配置する。活性化モジュレータを使用する場合、選択されるバンドの伝達は、電気的にそして時間的に制御される。空間的にパターン化したモジュレータを使用する場合、選択されるスペクトルバンドの伝達は、空間的に制御される。
【００３５】
本発明のＣＳＬＭは、共通経路、分割経路、およびハイブリットカラー表示システム、カラー配列のため、ならびにアプリケーションにおけるアナログカラーの発生のために有用であり、これらには、照明、分光法、比色法、およびマルチスペクトル像が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３６】
（定義）
本発明の構造およびそれらの動きを特徴付けるために使用されるある程度の定義が、次に提供される。加法原色とは、通常の色覚を有する観察者によって、実質的に飽和した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、または青（Ｂ）として認識可能な色である。逆に、飽和していないＲＧＢ色相である色は、パステルと呼ばれる。飽和しているが、他の色相を有する色は、加法原色の混合物（すなわち黄色または橙色）として生成され得る。
【００３７】
用語「減法原色」とは、１つの加法原色を欠くことをいう。これらは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、および黄色（Ｙ）として公知であり、そして減色システム（すなわち印刷システム）に使用される色である。他に記述しない場合は、シアンは青＋緑であると考えられ、マゼンタは青＋赤であると考えられ、そして黄色は緑＋赤であると考えられる。単色の黄色は、純な黄色と呼ぶ。
【００３８】
パワースペクトルの合計が純な白色スペクトルを与える場合（すなわち、シアン＋赤、マゼンタ＋緑、または黄＋青）、色は補色である。パワーの保存によって、相補的な色素は、例えばニュートラル検光偏光子、次いで任意の偏光子／リターダスタックをπ／２回転させることで、発生され得る。
【００３９】
「フィルターにかけた」スペクトルとは、ＣＳＬＭ構造を通した伝達において、色彩的に変化されるスペクトルである。伝達されたスペクトルは、特定の色相を有し、そして「ニュートラル」スペクトルより顕著に飽和しており、このことは、以下で議論する。好ましいフィルターにかけたスペクトルは、加法原色ＲＧＢまたは減法原色ＣＭＹのような飽和したカラーを示すスペクトルである。
【００４０】
「ニュートラル」スペクトルとは、ＣＳＬＭ構造を通した伝達において、色彩的に変化されないスペクトルである。この伝達されたニュートラルスペクトルは、フィルターを通したスペクトルよりもＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＤＥ ｌ'Ｅｃｌａｉｒｇｅ ｄｉａｇｒａｍの白色点に実質的に近いコーデネートを有する。例として、フィルターの白色状態および黒色状態が挙げられる。
【００４１】
「固有偏光」は、ＣＳＬＭ構造を通過する際に変化しない偏光状態である。
【００４２】
「スタックオンリー」（ＳＯ）モードとは、偏光モジュレータが存在しない場合、または偏光モジュレータが電気光学的に等価「ではない」状態にある場合のＣＳＬＭ構造の出力をいう。このＳＯモードは、２個のリターダースタックをニュートラル偏光子の間に配置する場合に、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルのどちらかを伝達させるために、２個のリターダースタックを協同的に働かせるものであり得る。
【００４３】
「スタック変更」（ＳＡ）モードは、偏光モジュレータ素子が、他のリターダスタックに関して１個のリターダスタックの「存在」を効率的に変更するために使用される場合のＣＳＬＭ構造の出力をいう。このＳＡモードは、２個のリターダースタックをニュートラル偏光子の間に配置する場合に、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルのどちらかを発生させるために、２個のリターダースタックを協同的に働かせるものであり得る。
【００４４】
人間の目は、波長依存感度性を有し、通常の昼明かりの照明状態の間、緑色の光に対して最も敏感である。逆に、目は、短波長の青色（すなわち４００ｎｍ未満）および長波長の赤色（すなわち７００ｎｍより大きい）に対してほぼ非敏感性である。
【００４５】
この目は、３つの加法原色に対応する３つの独立した光受容体を有する。このように、目は、この３つの加法原色の適切な混合体を使用して任意の色を観測するように「トリック」され得る。３色の情報のみを使用して、フルカラー画像を発生することが可能となる。この加法原色は、原理的にフルカラー画像に必要でない遷移バンドによって分離される。これらの遷移バンドは、約５００ｎｍの波長の純なシアン、および約５８５ｎｍの波長の純な黄色である。多くの場合において、この遷移バンドは、利用可能なカラースペースを拡大するために不適格である。
【００４６】
好ましくは、本発明のＣＳＬＭ構造は、リターダーの間に活性化偏光モジュレータまたは空間的にパターン化された偏光モジュレータを有するリターダーの２個のスタックを備える。好ましくは、この偏光モジュレータは、２つの極度状態の間で、好ましくはアナログ様式で駆動され得る。好ましい実施態様において、このモジュレータは、１つの極度状態においてＳＯモードを可能にし、そして他の極度状態においてＳＡモードを可能にする。この２個のリターダースタックは、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルを発生するために協同的に作動するので、この用語「部分スタック」および「半スタック」は、本明細書において、リターダースタックの１つを言及するためにしばしば使用される。従って、用語「リターダースタック」、「部分スタック」および「半スタック」は、本明細書中で偏光モジュレータのどちらかのサイドにおける２つのリターダースタックのうち１つを言及するのに互換的に使用される。
【００４７】
空間的にパターン化されたモジュレータが、２つのリターダースタックの間で使用される場合、この空間的にパターン化されたモジュレータは、光がパターン化されたモジュレータの一方の部分を通過する時、ＳＯモードが可能となり、そして光がパターン化されたモジュレータの別の部分を通過する時、ＳＡモードが可能となるようにパターン化されるのが好ましい。さらに、モジュレータの１つ以上の追加の部分は、追加中間体モード（すなわちＳＯモードとＳＡモードの間に存在するモード）が可能となるようにパターン化され得る。
【００４８】
ＳＡモードにおいて、ニュートラル偏光子の間で観測される出力は、モジュレータの効果と結びついた、リターダースタックの共同的な効果の結果である。要するに、このモジュレータは、互いに関連する１つのリターダースタックの存在を修正し、これによって両方のリターダースタックの特性を共に修正する。ＳＡモードは、ＳＯ出力に関する両方のリターダースタックの極度変更に関連する。しかし、アナログ状態は、ＳＯおよびＳＡモードの間に存在し得ることを認識すべきである。上記の議論は、本明細書中で記載されるＣＳＬＭの全てに適用される。
【００４９】
（偏光モジュレータの特性）
個々のリターダースタック設計するための方法、およびリターダースタックの間の関係は、ＣＳＬＭ中で使用される偏光モジュレータ（モジュレータ）の特性に依存する。モジュレータには、機械的な、電気機械的な、液晶の、線形電気光学的な効果、磁気光学的、および非線型電気光学効果デバイスが挙げられるが、これらに限定されない。モジュレータは、電気的に、光学的に、または光電流を発生する媒体を介するハイブリット効果を使用してアドレスされ得る。
【００５０】
液晶（ＬＣ）ベースのモジュレータが、その低い製造コスト、その拡張性、単位相互作用長（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ）あたり大きな偏光変換を付与するその能力、低い電圧／電力で大きな変調を付与するその能力、および他の理由のために好ましい。ＬＣデバイスは、一般に次のカテゴリーに分類される：（１）ゼロ−ツイストネマチック（Ｚｅｒｏ−Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）（ＺＴＮ）または電子制御複屈折（ＥＣＢ）デバイス；（２）ツイストネマチックデバイス；および（３）面内スイッチング（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）デバイス。
【００５１】
ＺＴＮまたはＥＣＢデバイスは、ＬＣデバイスのサブセットであり、これにおいて、面内リターデーションは、面に対して垂直に印可する電場によって制御される。ＺＴＮまたはＥＣＢデバイスには、アンチパラレルネマチックデバイス、πセルまたはサーフェイスモードデバイス、垂直配列ネマチック（ＶＡＮ）デバイス、およびハイブリット配列ネマチック（ＨＡＮ）デバイスが挙げられる。
【００５２】
アンチパラレルネマチックデバイス、およびπセルまたはサーフェイスモードデバイスは、駆動していない状態において最大のリターデーションを有し、そして駆動状態においてほぼ等方性である。ハイコントラストが、駆動状態において余剰リターデーションを取除くために外部補償を加えることで、しばしば得られる。
【００５３】
ＶＡＮデバイスは、同様に（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）両方の基板表面上に配列される。これらは、電圧を印加することで増加した面内リターデーションの状態である、駆動していない状態において、等方性である。ＶＡＮデバイスは、全く余剰リターデーションを有さず、よって外部補償なしでハイコントラストを与える。
【００５４】
ＨＡＮデバイスは、同様に１つの基板表面上に配列され、そしてもう一方の表面上にプレーナーが配列される。
【００５５】
ツイストネマチックデバイスは、基板を平行にまたは反平行以外でこすられたデバイスである。約４５°〜９０°のこすり角度差を有するツイストネマチックデバイスを、典型的に「ＴＮ」デバイスと呼ぶ。一方、約２４０°〜２７０°のこすり角度差を有するデバイスを典型的に「ＳＴＮ」超ツイストネマチックデバイスを呼ぶ。ＴＮデバイスは、典型的に透過活性マトリクス薄層トランジスタ（ＴＦＴ）パネルを使用して処理される。ＳＴＮデバイスは、受動マトリクス処理スキームを可能にするように、高く複合化され得る。小さなツイスト角度（４０°〜６０°）が、混合モード反射型ディスプレイ用にしばしば使用される。
【００５６】
面内スイッチングデバイスとは、基板プレート内にディレクタを実質的に回転させる任意のスイッチを言う。例として、キラルスメクティックデバイス（例えば、強誘電性ＬＣまたは電子クリニック（ｅｌｅｃｔｒｏｃｌｉｎｉｃ）ＬＣデバイス、表面安定化キラルスメクティックＣ、体積安定化スメクティックＣ、歪んだヘリックス強誘電性、フレキソ電性（ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）、アキラルスメクティック、および反強誘電性ＬＣデバイスが挙げられる。側方電極によって駆動される面内スイッチングネマチックデバイスがまた存在する。すなわち、デバイス基板の反対側に配置された透明電極よりむしろ１つのデバイス基板上の側方電極が使用された場合、ネマチック液晶が、固定リターダンスを備える回転可能なリターダーとして作動され得る。
【００５７】
１以上の受動リターダーと組合せて液晶活性リターダーを利用する複合リターダーは、ＣＳＬＭでの偏光モジュレータとして使用され得る。特に有用なのは、米国特許第５，６５８，４９０号に記載される無色の複合リターダー、および米国特許第５，８７０，１５９号に記載される無色の偏光回転子であり、これらの両方は、本明細書中で全体を通じて参考として援用される。
【００５８】
この無色の複合リターダーは、受動リターダーによって側面に配置された液晶の回転可能な半波リターダーを含む。受動リターダーの配向およびリターダンスの結果、この複合リターダーは無色である。この無色の偏光回転子は、受容半波リターダーと組合せた、液晶の回転可能な半波リターダーを含む。光学的補償型屈曲（ＯＣＢ）セルにおいて、πセルは、視野の領域を改良するためにｚ方向リターダンスを有するリターダーフィルムと、組合される。ＳＴＮディスプレイは、別の方法で観測される複屈折カラーを抑えるために１以上のリターダーフィルムをしばしば使用する。ＴＮおよびＳＴＮの両方のディスプレイが、コントラスト比を改良するため、および視野の角度を改良するためにリターダーフィルムを使用する。
【００５９】
典型的に、ＬＣデバイスの挙動は、本来、干渉性である。特に、２つの直交の偏光された固有偏光の間に、電圧制御位相シフトを有する固有偏光が存在する。この位相差は、波（すなわち、リターデーション）の間に導入され、偏光状態の変化をもたらす。固有偏光は、はっきりと定義され、そして電圧および波長の両方に独立であるので、ＺＴＮデバイスは、非常に単純である。ツイストネマチックデバイスは、もっと複雑だが、これらもまた、固有偏光を有する。本明細書中で示される特定のＣＳＬＭ設計は、ＺＴＮモジュレータ用に最適化されるが、本発明のＣＳＬＭのリターダースタックは、他のタイプのモジュレータ（例えば、ツイストネマチックデバイス）での使用用にデザインされ、そして作製され得ることを考慮すべきである。
【００６０】
光学的活性デバイスは、本発明のＣＳＬＭの偏光モジュレーターとして使用され得る電子光学モジュレーターの別のグループである。光学的活性デバイスは、入射光の偏光配向と独立している偏光回転子を備える、偏光回転子である。等方性状態は、左旋および右旋円偏光である。この光学的活性モジュレータは、偏光の円状態に影響を与えない、円偏光の電圧制御位相シフトを行う。しかし、左旋および右旋円偏光を等振幅で分解し得る線形状態の場合、この透過偏光は線形であり、そしてこの配向は円状態の間の位相シフトによって決定される。従って、光学的活性モジュレーターは、偏光のモジュレーター状態が任意の線形状態で、線形状態の場合の偏光回転子として作用する。
【００６１】
キラルスメクチック液晶（ＣＳＬＣ）リターダーは、偏光を回転するよりもむしろ軸周りで偏光を反射する。しかし、これらは、偏光の等方的および変調状態で光学活性デバイスと類似である。ゼロツイストネマチックとは対称的に、ＣＳＬＣは、固定されたリターダンスおよび印加される電圧によって決定される光学軸の方向を有し、面内で回転する。半波リターダンスに対して、ＣＳＬＣリターダーは円等方性状態および直線変調状態を有する。ＣＳＬＣリターダーにおける光学軸の電圧制御された方向は、直線光の伝達される方向を決定する。
【００６２】
中間の変調および等方性状態を有する電気光学モジュレーター（例えばツイストネマチックデバイス）もまたある。ツイストネマチックデバイスの偏光変換は、Ｐｏｉｎｃａｒｅ ｓｐｈｅｒｅで最も容易に見られる（Ｊ．Ｅ．ＢｉｇｅｌｏｗおよびＲ．Ａ．Ｋａｓｈｎｏｗ）。偏光状態は、部分的に波長に依存する基底半径を有する、赤道上で回転するコーン（ｃｏｎｅ）に従う。ピッチ（９０°ＴＮに対するセルギャップの４倍である）および複屈折が大きくなるにつれて、コーンの基準が小さくなり、そして波長からほとんど独立し、そしてデバイスは、光学活性のようになる（すなわち、円固有偏光を示す）。より低いピッチの値に対して、こすり方向（すなわち、通常の方向）に沿って導入される直線状態は、赤道からエクスカーション（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を行う。これらのエクスカーションは、優先的な回転と結合される楕円率の周期的な導入を表す。こすり方向に沿って導入されるおよその楕円率を有する光は、回転の間その楕円率を維持する。この波長依存楕円率状態は、純粋な回転を経験する。この制限はまた、非駆動状態でのＳＴＮデバイスの変換を記載するために使用され得る。
【００６３】
最近、ツイストネマチックデバイスが楕円固有偏光状態を有する楕円リターダーであることが実験的に示された。直線可変リターダーと同様に、位相シフトは、偏光状態の１つの特定のヘリシティによって実質的に決定される。これは、Ｊ．Ｌ．ＰｅｚｚａｎｉｔｉおよびＲ．Ａ．Ｃｈｉｐｍａｎの「Ｐｈａｓｅ−ｏｎｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ＴＶ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｅｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅｓ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１８，１５６７−１５６９（１９９３）に記載される。
【００６４】
リターダースタックとモジュレーターの間の適合性を達成するために、追加の受動的リターダーがＣＳＬＭに含まれ得る。例えば、リターダースタックが４５°で分離される２つの直線偏光に光を調製する場合、これらの偏光状態は、固定された配向を有する種々のリターダーを含むモジュレーターに関して、偏光の変調状態および等方性状態である。偏光状態のうちの１つに平行に配向される受動的四分の一波リターダーは、２つの直線偏光を１つの直線偏光および１つの円偏光に転換し、これらは、ＣＳＬＣモジュレーターのような、固定されたリターダンスを有する回転可能なリターダーを含むモジュレーターに関して、偏光の変調状態および等方性状態である。従って、ＣＳＬＭがＣＳＬＣモジュレーターのいずれかの側に受動的四分の一波リターダーを含む場合、種々のリターダーモジュレーターのために設計されるリターダースタックは、代わりに回転可能リターダーモジュレーターと共に使用され得る。
【００６５】
（一般的考察）
特定のリターダースタック設計を使用することなしに、フィルター設計の分析は、以下の仮定に従って行われ得る：（１）カラーフィルター／スイッチのニュートラル状態で黒または白のいずれかを生成することが望ましい；（２）カラーフィルター／スイッチのフィルターされる状態で「安定な」原色（名目上、セットＲＧＢＣＭＹから）を生成することが望ましい。すなわち、例えばＬＣセルのような偏光モジュレーターのクロミナンスが、フィルターカラーコーディネートにほとんど影響を有しないことが望ましい；（３）モジュレーターが必要に応じて可視スペクトルを通してＳＯモードで光学的に「消える」ように、ＣＳＬＭが設計される；そして（４）偏光モジュレーターがＳＡモードでいくらかのクロミナンスを示し、その結果、可視スペクトルの約３分の２にわたって一定の偏光変換を維持することが適切になされ得ない。上記仮定と共に、種々の一般的なカラーフィルター配置が分析される。上記仮定に関連しない用途があり得ることに留意するべきである。
【００６６】
図２は、ＣＳＬＭに基づくニュートラル／原色フィルター／スイッチの２４の好ましい設計を一覧にする表であり、これらは、６つの加法および減法原色フィルターされる状態、白色または黒色ニュートラル状態、ならびにスタックオンリー（ＳＯ）またはスタック変更（ＳＡ）状態の間の選択に基づく。一般的に、ＳＯ出力は、ネマティックＬＣデバイスを偏光モジュレーターとして使用する場合、アクロマティックリターデーション（または回転）状態よりもニュートラル（アクロマティック）等方性状態を達成することが一般的により実際的であるので、質がより高い。ＳＡモードのアクロマティックＬＣデバイス（例えば、厚いＴＮ構造）を製造することは可能であるが、本発明者らは、ＳＯ状態がＳＡ状態よりも優れていると考える。
【００６７】
ＬＣセルが偏光モジュレーターとして使用される場合、カラーフィルター／スイッチ設計を比較する場合、最も重要な差の１つは、カラーフィルター／スイッチ出力の質のＬＣセルクロミナンスのインパクトである。ＳＯモードは、好ましくは、セルクロミナンスの負の効果を受けることが最も少なくあり得る出力であるように選択される。ＳＯおよびＳＡモードを考慮した最終の決定は、好ましくは、全体の構成要素の性能の全体的な観点に基づき、これは、複数のカラーフィルター／スイッチステージおよび複数の偏光子を含む。優先は特定の用途についての詳細から導かれる。これらの詳細には、出力の数、中心波長の位置、バンドパスプロフィール、およびそれぞれの波長帯についてのスループット要求が挙げられるが、これらには限定されない。例えば、デジタルカメラに対するカラーシーケンサーは、ディスプレイ用途について非常に乏しい最適スペクトルを有し得る。他の実際的な問題はまた、許容される偏光子の数、駆動電力の制限、ランプスペクトルの特徴、および視野の必要を含めて、取り組まれ得なければならない。全ての用途をカバーする「最高の設計」は明らかに無い。しかし、本発明を種々の用途に適合し得る方法を例示する数例が、以下に記載される。
【００６８】
大部分の用途が、マルチステージのカラーフィルターを利用し、それぞれのカラーフィルターステージがＣＳＬＭで実行され、このＣＳＬＭは、好ましくは、偏光モジュレーターとして中心ＬＣセルを有する一対のリターダースタックを構成する。マルチステージの設計では、独立して設計され、完全にモジュラーであり得るように、カラーフィルターステージ（ＣＳＬＭ）が互いに独立して機能することが好ましい。これは、設計プロセス、特にマルチステージ配置を単純化する。例えば、カラーフィルターステージのうちの１つのリターダースタックのリターダンスは、残りのカラーフィルターステージの出力にインパクトなしで、１つの用途の必要に適用するようにシフトされ得る。
【００６９】
カラーフィルターステージの独立性を維持すること、および高密度黒色状態または極度にニュートラル白色状態を得ることのために、マルチステージカラーフィルターのＳＯモードが、好ましくはそれぞれのカラーフィルターステージのニュートラル出力に対応する。しかし、ある場合において、カラーフィルターステージの設計者は、この選択を有さない。例えば、独立なカラーフィルターステージを有するために、それぞれのカラーフィルターステージが、他のカラーフィルターステージからの援助無しで、受容可能なフィルターされる状態（すなわち、カラーコーディネート）を生成しなければならない。加法原色が２つのカラーフィルターステージから減法的に得られる場合でさえ、カラーブロッキングの冗長の欠如が残る。すなわち、受容可能な加法原色コーディネートは、それぞれのカラーフィルターステージが高い質の減法原色を生成し得ない場合、達成され得ない。結果として、優先は、理想的なニュートラル状態を超えて受容可能なフィルターされる状態を得るために頻繁に与えられる。
【００７０】
クロマティック偏光モジュレーターを使用して、これによってニュートラル状態に対してＳＯモードを保存する、高い質のＳＡフィルターされる状態を提供する設計スキームがある。これらの設計スキームでは、ＬＣセル（偏光モジュレーター）は、１つの加法原色を切り換えることのみが必要である。この例には、Ｒ／Ｋ（赤／黒）、Ｇ／ＫおよびＢ／Ｋならびに補色（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）Ｃ／Ｗ、Ｍ／ＷおよびＹ／Ｗを含む。ＬＣセルがＳＯモードでよりもＳＡモードでよりクロマティックであると仮定すると、黒色状態の密度（または白色状態の平坦さ）がＳＯ黒色（白色）を使用してより良い。典型的には、原色の質は、ＳＯまたはＳＡフィルターされるモードについて識別不能である。これらの種のカラーフィルターステージのスタック（ＣＳＬＭ）は、マルチステージカラーフィルターについて望ましい。
【００７１】
ＬＣセルが２つ以上の加法原色の間で切り換えなければならない場合、状況は変化する。ＳＯ白色を有するＳＡ加法原色は、フィルターされるカラーコーディネートで有意なデグラデーション（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を受ける。これは、偏光モジュレーターが青色と赤色を効果的にブロックするためにこれらの偏光を回転させなければならないので、特にＳＡ緑色の場合そうである。活性な偏光モジュレーターについて、これは、可視スペクトルに渡ってアクロマティックであるＬＣセルを必要とする。従って、ＳＯモードは、カラーコーディネートを保存するためにフィルターされる状態にあてられる。ＳＯモードをフィルターされる状態にあてると、結果として、白色状態が顕著な短波長青色および長波長赤色損失を有し得る。白色状態は、リターダースタックが除去され、ＬＣセルのみが４５°に配向させられる場合、実際に現れる。リターダースタックは、多くの場合、白色透過を改善するが、ＬＣセルのみと比較した場合、透過を決して低下させないようである。
【００７２】
（ＣＳＬＭ構造の要件）
少なくとも部分的に偏光した光がＣＳＬＭに対する入力であると仮定される。偏光されていない光が導入され得るが、ランダムに偏光された光は、ＣＳＬＭによって操作されず、変調されないＣＳＬＭを通過することが理解されるべきである。従って、入力光の偏光成分でのＣＳＬＭの作用を考える。さらに、入力光の偏光成分が特定の操作帯を越えてニュートラルに偏光されると仮定される。「白色」状態は、従って、この特定の操作帯にわたって実質的にニュートラルである出力透過として規定される。
【００７３】
最適の白色状態は、スペクトル帯の操作を通じて均一の透過を有する透過関数として規定される。可視操作について、操作スペクトル帯は、４００〜７００ｎｍである。逆に、フィルターされる状態は、透過関数が操作帯の中に、１つ以上の最大透過点（理想的には、損失ゼロ）、および１つ以上の最小透過点（理想的には、透過ゼロ）を含むものである。
【００７４】
（Ａ）ニュートラル出力要件 ニュートラル状態を達成するために単一のカラーフィルターステージ（ＣＳＬＭ）についての要件が、ここで議論される。議論は、特に、最大スループット白色状態（このような設計がまた検光偏光子の適切な回転によって黒色状態を表し得る）に焦点をあてる。
【００７５】
偏光された入力光は、直接、例えばレーザーから生成され得、または光源とＣＳＬＭの間の受動的偏光子を置くことによって生成され得る。多くの種類の受動的偏光子が存在するが、最も通例の受動的偏光子は、直線偏光状態を生成する。従って、議論および例は、直線偏光入力光の特別な場合に集中して示された。しかし、他のニュートラル光入力が直接または間接に、楕円偏光子、またはニュートラル直線偏光子と組み合わせたアクロマティックリターダー構造を使用して生成され得ることが理解されるべきである。
【００７６】
ＣＳＬＭは、偏光モジュレーター（能動的または空間的にパターン化される）のいずれかの側に第一および第二のリターダースタックを含むリターダー構造、ならびに検光ニュートラル偏光子（検光子）を含む。用語「ニュートラル」は、操作帯に渡って、実質的に一定の透過および偏光の有効性を提供する。操作帯は、モジュレーターによって実質的に変調される少なくとも１つのスペクトル部分およびモジュレーターによって実質的に変調されない少なくとも１つのスペクトル部分を含む。
【００７７】
入力光偏光が偏光検光子によって伝達される偏光と異なる場合、効果的な白色状態は、リターダー構造がニュートラル偏光変換を行うことを必要とする。この変換はＳＯまたはＳＡモードで達成され得る。ＳＯモードについて、リターダースタックは、入力光偏光を検光偏光子によって伝達される偏光に変換するニュートラル変換を生成するために協同する。従って、モジュレーター（例えば、ＬＣセル）は、ＣＳＬＭ構造を実質的によりクロマティックであるものに切り換え、これによって所望のフィルターされる操作を達成する。
【００７８】
ＳＡモードについて、ニュートラル変換は、モジュレーターを有するリターダースタックの作用によって、またはある場合ではモジュレーターのみによって達成される。この例は、直線入力偏光状態および直線検光偏光子の特別な場合である。ニュートラル状態では、ＳＯモードまたはＳＡモードにいずれかを使用して、モジュレーターが高い効率の白色状態についてθだけ、または黒色状態についてθ＋π／２だけ偏光を回転させなければなない。ここで、θは検光（出口）偏光子の配向である。モジュレーターは、比較的中性の操作を行うので、モジュレーターがニュートラル状態の特性について大きく原因がある配置を考えることは魅力的である。モジュレーターが特にアクロマティックであり得ないが、アナログモジュレーターが性能を最大にするために、ニュートラルスペクトルのピークの通過を位置付けるために調節され得る。例えば、マルチステージカラーフィルターは、ニュートラル状態のカラーフィルターステージのピーク透過を調節することによって処理能力を最大にし、フィルターされる状態でカラーフィルターステージのピーク透過と一致する。
【００７９】
例えば、ｘ配向入力偏光およびｘ配向直線検光偏光子のような、検光偏光子が偏光の入力状態を分析する特定の場合では、最適の白色状態が、リターダースタック構造が正味ゼロの偏光変換を提供する場合、得られる。これは、入力／出力偏光がリターダースタックの固有偏光であることを要求することと等価である。この場合、好ましいサブセットのリターダースタック設計は、入力／出力偏光がＬＣデバイスの１つの特定の状態についてリターダー構造の固有偏光と一致する設計である。これは、例えば、直線偏光に先立つおよび続くＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍアクロマティックリターダーのような、追加のリターダースタックがクロマティックリターダースタックの前にニュートラル偏光状態を生成し、クロマティックリターダースタックの後にニュートラル偏光状態を分析するために使用される場合を含む。しかし、このような解決は、これらが追加のリターダーを必要とするので、より複雑である。
【００８０】
調和した入力／出力偏光が、ＳＯモードで白色状態を生成する場合、第一リターダースタックは、操作帯内で第二のリターダースタックによって完全に補償されなければならないクロマティックな偏光変換を実行する。これは、単に、入力偏光が組み合わせたリターダースタックの固有偏光に対応することを必要とする。例えば、入力リターダースタック（−７．５°、５２．５°および６７．５°の個々のリターダー配向を有する）を有するゼロ配向直線偏光状態は、６７．５°、５２．５°および−７．５°に配向される個々のリターダーを有する第二のリターダースタックが続き、ニュートラル白色状態が生成する。この特定の構造は、リターデーションおよび配向の両方で対称的であり、従って真の反射モードカラーフィルター／スイッチを可能にすることに留意すること。さらに、このリターダースタック構造が特定の偏光の入力状態必要とし、他の入力偏光配向（例えば、４５°直線または円形入力偏光）について等価に実行しないことに留意するべきである。
【００８１】
「交差スタック」配置は、特定の入力／出力偏光に依存しないＳＯ白色について１つの系統の解決を提供する。２つのリターダーが、等価なリターデーションを有し、交差した配向を有する場合、得られるＪｏｎｅｓマトリクスは、同一性のマトリクスである。この概念は、それぞれの追加の対が同じリターデーションおよび交差した配向を有しながら、いずれかの側に追加のリターダーを加えることによって拡張され得る。このスキームに一致する任意の数のリターダーについて、それぞれのリターダースタックを示すＪｏｎｅｓマトリクスが互いの逆であるので、正味ゼロの偏光変換である。リターダー構造が等方性であるように見えるので、最適の白色状態が任意の適合した入力／出力偏光について得られる。ＳＡモードでフィルターされる出力について最適のスタック設計が、入力リターダースタックによって最適に示される変換器およびクロマティック偏光状態に依存する。
【００８２】
別の場合は、調和した入力／出力偏光がＳＡモードで白色状態を生成する場合である。この場合、入力偏光は、ここでリターダースタックと変換器の両方を含むＣＳＬＭ構造の固有偏光に対応する。例えば、入力リターダースタック（−７．５°、５２．５°および６７．５°に配向された個々のリターダーを有する）を有するゼロ配向直線偏光状態は、−６７．５°、−５２．５°および７．５°に配向される個々のリターダーを有する第二のリターダースタックが続き得る。これは、入力に平行に配向されるＺＴＮ半波プレート（モジュレーター）を有する白色状態を生じる。この構造は、従って上記の対称的な構造の固有偏光を有するように見える。
【００８３】
第二の実施例では、モジュレーターが交差リターダースタックの見掛けを作るように使用され得る。上記入力偏光を使用して、入力リターダースタック、およびＺＴＮ半波プレート配向、第二のリターダースタックが２２．５°、３７．５°および−８２．５°に配向される個々のリターダーを有する。
【００８４】
（Ｂ）フィルターされる出力の要件 透過スペクトルの観点からカラーフィルター構造への要求が、ここで記載される。先に議論されたように、操作帯は、偏光がモジュレーター（例えば、ＬＣデバイス）によって実質的に変調されない少なくとも１つのスペクトル部分と、偏光がモジュレーターによって実質的に変調される少なくとも１つのスペクトル部分を有するとして規定される。好ましい実施態様では、偏光の変調は、検光偏光子の適切な選択によって透過変調になる。さらに、変調されたスペクトル部分は、好ましくは、実質的に完全透過と実質的にゼロ透過との間で変調される。これは、スペクトルの変調される部分内で直交偏光状態間で変調し得ることを必要とする。スペクトルの変調されない部分は、モジュレーターの切り換え状態と独立してその偏光状態を保持しなければならない。従って、スペクトルの変調されない部分の透過は、任意の切り換え状態について実質的に固定（典型的には、完全透過またはゼロ透過）を維持しなければならない。
【００８５】
上記設計の考慮は、２つのリターダースタックの間に配置されるモジュレーターを含むＣＳＬＭフィルター構造に関して考慮される。スペクトルのフィルターされる部分は、直交状態間で完全に変調され、ＣＳＬＭ構造を通ってその透過に対して有意である方法で、変調されないスペクトル部分は、モジュレーターが「見えない」（すなわち、モジュレーターによって変調されない）。スペクトルのフィルターされる部分の偏光は、従来のニュートラルシャッターにおけるようにモジュレーターについて適切に構成されなければならない。スペクトルの変調されない部分は、モジュレーターのゼロ変調状態に対応する偏光（すなわち、モジュレーター固有偏光）を有する。
【００８６】
モジュレーターは、単一層または複合物（すなわち、能動的および／または受動的要素の多層）、ツイストまたはゼロツイストであり、好ましくは、挙動において干渉計的なデバイスである。すなわち、２つの直交固有偏光があり、それぞれは光学的に別の経路長を有する。これらの波の間の経路長が制御され得ると仮定される。それぞれの固有偏光に投射し、モジュレーターを透過する光の偏光状態に影響を与えるのは、波長間の経路長差である。本発明のＣＳＬＭ構造の好ましいモジュレーターは、ゼロツイストネマティック（ＺＴＮ）のような、電圧および波長安定固有偏光を有するものである。逆に、ツイストネマティックデバイスは、波長および電圧に比較的感受性な固有偏光を有する。
【００８７】
本発明の多くの構造が変調帯に渡って安定な波長効果に基づくが、モジュレーターのクロミナンスは、ある場合、色選択技術を高めるために使用され得る。例えば、リターダースタックは、モジュレーターが変調し得る複数のスペクトルの「窓」を開き得る。従って、クロマティックモジュレーターは、スペクトル帯のうちいずれが透過され、いずれがブロックされるかを選択するために使用され得る。しかし、本発明の構造の大部分の性能は、モジュレーターのクロミネンスを抑制することによって高められる。
【００８８】
上記議論を考慮すると、最小限の変調を達成し、最大限の変調可能性のための模範的な入力偏光がある。最小限の変調偏光は、単一の固有偏光に沿ってのみの投射を有する。ＺＴＮデバイスについて、例えば、最小限の変調偏光は、正常および異常波である。最大限の変調偏光は、固有偏光に沿った実質的に等しい投射を有する偏光状態に対応する。ＺＴＮデバイスについて、任意の楕円率を有するが、こすり方向に対して±π／４に配向する楕円軸を有する偏光の系統である。従って、入力リターダースタックは、例えば、特定のバンドで、直線±π／４偏光または円偏光を生成し得、モジュレーターは、それぞれの偏光状態について完全な変調能力を提供し得る。
【００８９】
フィルターをかけた状態の質を評価することはいくぶん複雑である。なぜならば、全てのアプリケーションおよび出力カラーにとって「最高」である単一の設計はないからである。設計の考慮（例えば、ストップバンドに相対的なパスバンドの幅、および転移スロープ）の全ては、フィルターをかけられる特定のカラーおよびアプリケーション要求に依存する。
【００９０】
ディスプレイアプリケーションのための好ましいスペクトルは、所望のスペクトルに適切な周波数領域衝撃係数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を有し、そして正弦または他のスペクトルプロファイルではなく矩形であるスペクトルプロファイルを有する。他のスペクトルプロファイルが好ましいさらなる生理学的または他の理由がある。しかし、一般的に、フィルターは、好ましくは急な転移スロープを有し、これは比較的平坦な遷移バンドおよび比較的平坦なブロッキングバンドを有する。比較的平坦なバンドは、スペクトルにおける一連の分布したハイコントラストのゼロ（ｎｕｌｌ）およびピークを有することによって、達成され得る。ほぼ理想的な透過スペクトルは、リターダースタック内のリターダーの数を増加させることによって、発生され得る。実際問題として、受容可能な転移スロープならびにサイドローブ振幅および配置は、制限数の成分を有する彩度を最適化するために、注意深く選択されなければならない。
【００９１】
カラーフィルター設計を評価する基準は、彩度、色相、およびスループットを考慮することに基づく。彩度および色相は、ＣＩＥ色度図を使用して評価され得る。特定のフィルター出力によって発生されたカラーの質は、一連の重なり積分を計算することによって特徴付けられ得、これは特定のフィルターに通した状態についての透過関数、光源のパワースペクトル（ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）、およびＣＩＥカラー整合関数（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。
【００９２】
飽和した原色は、所望の第一バンド内に透過される光源パワーと第一バンド外に透過される光源パワーとの間の比率を最大化することによって発生される。フィルター設計は、最適化を非常に特別にするために、光源特性に合わせられ得る。例えば、真の白色源（例えば、６０００Ｋ 黒体）は、分散光源（例えば、ＣＲＴ蛍光物質または蛍光バックライト）よりも大きな要求をフィルター性能に対してする。ブロッキングバンド（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｂａｎｄ）のスペクトルのゼロの位置は、光学成分のリターダンスに依存する。光源のアウトオブバンドパワーのスペクトル最大値で戦略的にゼロを置くことは、有益である。同様に、アウトオブバンドパワーのスペクトル最大値から離れてサイドローブ最大値を置くことは、有益である。受動フィルターは、原色バンドの外にあるバンドを拒絶して彩度を増加させるために、挿入され得る。
【００９３】
（Ｃ）リターダースタック設計 各リターダースタックによって達成される偏光変換は、任意であり、各リターダーフィルムのリタデーションおよび配向によって決定される。しかし、特定の結果を得るために、リターダースタック設計において制限がなされ得る。例えば、ゼロツイストのネマチックＬＣＤが偏光モジュレータとして使用される場合、中心波長の偏光が、第一リターダースタックを発する±π／４配向線形偏光にするために、制限され得る。等しいリタデーション要素からなるリターダースタックを考慮し、各リタデーション要素は、中心波長での、任意のオーダーの、半波リターダンスを提供する。以下の方程式が満たさなければならない： αN−αN-1＋αN-2...α2±α1＝π／８＋ｍπ／４、（１） ここで、ｍは整数であり、Ｎはリターダー要素の数であり、そして最後の符号はＮが奇数か偶数によって決定される。
【００９４】
第一リターダースタックの後、ピーク変調された波長が±π／４配向された線形状態でない設計もまた存在する。準折り畳みＳｏｌｃ設計（ｑｕａｓｉ ｆｏｌｄｅｄ Ｓｏｌｃ ｄｅｓｉｇｎ）に一致する赤色フィルターを考慮する。リターダースタックは、４５０ｎｍで全波であるポリカーボネートリターダーから作製される。この場合、Ｎ＝３で、ロッキング角（ｒｏｃｋｉｎｇ ａｎｇｌｅ）は、π／４回転角に対して７．５°であるべきである。しかし、赤色フィルター設計は、１２°より有意に大きいロッキング角を使用し、これは７２°の回転角を与える。この回転角は、８０７ｎｍ半波波長に対応する。驚くほどのことではないが、効率はこの波長のために悪いが、これは可視は十分に越えている。それにもかかわらず、効率は６６８ｎｍよりずっと短い波長で高く、ここでリターダンスは、半波よりも有意に大きい。この特定の場合、より大きなロッキング角は、より短い波長での効率での回転効率での損失を補償し、６６８ｎｍでの所望の中間の偏光を与える。全赤色透過は可能であり、なぜならば、リターダースタックは、±π／４配向楕円状態を発生する。
【００９５】
（Ｄ）リターダースタック関係 米国特許第５，８２２，０２１号（これは、その全体で本明細書中で参考として援用される）において、構造が開示され、この構造は、白色状態のための平行偏光子間、または黒色状態のための交差偏光子間で、恒等ジョーンズ行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｊｏｎｅｓ ｍａｔｒｉｘ）を作ることによって、アクロマティックな白色状態または黒色状態を作る。任意の入力リターダースタックに対して、逆のリターダースタックが、個々のリターダーの順序を反転すること、および個々のリターダーを入力リターダースタック内の対応する個々のリターダーからπ／２回転することによって、作られる。透過は、全ての波長に対して均一であり、損失のない成分を想定し、そして交差リターダースタック間のモジュレータが「消される」ように作られることを想定する。交差リターダースタック配列において、白色状態の質は、モジュレータ配向または電気光学効果にかかわらず保証され、但し、モジュレータは効果的に消されるように作られ得る。従って、フィルターをかけられた状態は、白色状態の質への影響を考慮することなしに、設計され得る。このような独立の設計特性の１つの結果は、ＳＯニュートラル配列（ＳＯ ｎｅｕｔｒａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）は、複数のステージフィルター設計に容易に適応され得る。
【００９６】
本発明の一部は、交差リターダースタックの間にゼロツイストネマチック（ＺＴＮ）ＬＣモジュレータを０またはπ／２に配向することによって、多くの有用なフィルタリング操作（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が得られ得るという発見である。入力リターダースタックは、α1、α2、...αNで配向された個々のリターダーを有し、第二のリターダースタックは、π／２＋αN、...π／２＋α2、π／２＋α1で配向された個々のリターダーを有することを想定する。ＺＴＮ ＬＣモジュレータは、変調されたバンド幅に対して半波リターダーであり、ＳＡモードにあるＺＴＮ ＬＣモジュレータは、効率的に第二リターダースタック内の個々のリターダーの角をπ／２−αN、...π／２−α2、π／２−α1へ切り換えることを想定する。
【００９７】
従って、状態は、第二リターダースタック内の個々のリターダーに交差リターダースタックを有するＳＡモードで作られた効率的な配向を単に与えることによって、反転される。これは、ＳＡ白色状態を作り、ＬＣモジュレータクロミナンスの白色状態透過に対する影響を受けやすい。このようなＳＯフィルターをかけた配列は、ＬＣモジュレータクロミナンスのフィルタをかけた状態に対する影響が過度である場合、価値がある。
【００９８】
さらに、ＳＡ白色状態の質が、ＬＣモジュレータクロミナンスのみによって実質的に決定され、そして、そういうものとして、任意の波長で最大の透過を提供するように調整され得る。これは、マルチステージＳＡ白色フィルターにおいて高いスループットを提供するために重要である。少しでも影響が見られる場合、リターダースタックの白色状態に対する影響は、透過を増加する。リターダースタックによって、白色状態の透過を下げることは見出されていない。
【００９９】
ＳＡ白色状態がＬＣモジュレータクロミナンスのみによって損なわれる設計は、同様のクロミナンスを有するＳＯ白色出力を有する設計よりも一般的に好ましい。ＳＯ白色出力設計は、準ニュートラル変換（ｑｕａｓｉ−ｎｅｕｔｒａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を作り白色状態を生じるためにリターダースタックを使用する設計のことを言う。ＳＡ白色設計は、マルチステージフィルターにおいて好ましく、なぜならば白色状態は、スループットを最大化するように調整され得るからである。逆に、ＳＯ白色状態は、スループットの損失を表す固定クロミナンスを有する。
【０１００】
ニュートラル透過スペクトルとフィルターをかけた透過スペクトルとの間の変調のための設計選択の範囲を表すＣＳＬＭデバイスの例を、ここでは議論する。議論されるＣＳＬＭデバイスの全ては、偏光モジュレータのためのＺＴＮ ＬＣデバイスを使用する。しかし、モジュレータ配向に対する種々の選択、リターダースタック相互作用、および偏光子配向はまた議論される。
【０１０１】
（実施態様１：ＳＯ白色、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
本発明のＣＳＬＭの１実施態様は、交差ｃｒｏｓｓｅｄリターダースタックおよび平行偏光子（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を備え、そして実質的に理想的なＳＯ白色出力を与える。ＣＳＬＭ構造１０を図３に示す。ＣＳＬＭ構造１０は、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００、第一リターダースタック１１０、および第二リターダースタック１２０を備える。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００およびリターダースタック１１０および１２０を、入力偏光子１３０と出力偏光子１４０との間に配置する。入力偏光子１３０の配向は、出力偏光子１４０の配向に対して平行である。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００を、入力偏光子１３０に対して、平行または垂直に配向し、そして変調されたバンドの中心の波長で半波のリターダンスを提供する。ＳＡモードにおいて、半波ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、入力偏光軸周りで入力偏光を反射し、それによって一方のリターダースタック１１０の外見上の配向を他方のリターダースタック１２０に関して変化させる。
【０１０２】
図３に示す交差スタックＣＳＬＭは、各リターダースタックおよび７．５°のロッキング角において、３個の個別のリターダー、好ましくはリターダーフィルムを使用するマゼンタ／白カラーフィルターである。詳細には、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して７．５°で配向された第一フィルムリターダー１１０ａ、入力偏光子１３０に関して−７．５°で配向された第二フィルムリターダー１１０ｂ、および入力偏光子１３０に関して７．５°で配向された第三フィルムリターダー１１０ｃを備える。リターダースタック１２０は、第一、第二および第三のリターダーフィルム１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃを備え、それぞれ入力偏光子１３０に関して、−８２．５°、８２．５°および−８２．５°で配向される。
【０１０３】
第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーの全ては、緑色（５４０ｎｍ）において１．５波リターダーであり、緑色光に対してπ／４偏光回転（半波リターダンス）を提供する。このカラーフィルター設計は上述の母関数を満たし、従って５４０ｎｍの光は第一リターダースタック１１０の後で線形π／４配向されることに注意する。これによって、緑色光は、０配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータによる変調のために十分に利用可能である。青色光および赤色光の両方は、入力偏光子１３０の偏光軸に沿って配向されたままであり、これはＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の固有偏光と一致する。従って、青／赤偏光を変調するＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の機構は存在せず、いずれのＬＣ遅延からも独立している。青／緑と緑／赤との間の遷移バンドは急であり、フィルターにかけた状態のスクエアノッチを生じる。スペクトルは、各パスバンド（青／赤）における３つの最大値、およびストップバンド（緑）における２つのゼロによって特徴付けられる。ピーク／ゼロ間のサイドローブの振幅がおよそ１％である。
【０１０４】
加法原色バンド（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｂａｎｄ）の１つのみがＺＴＮ ＬＣモジュレータによって切り換えられるので、モジュレータクロミナンスのＳＡスペクトルへの影響は、ほとんど検出不可能である。白色スペクトルは実質的に理想的であり、なぜならば第一リターダースタック１１０と第二リターダースタック１２０とが交差しているからである。
【０１０５】
（実施態様２：ＳＡ交差スタック、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図４は、図４のカラーフィルターがＳＡモードで白色出力を透過することを除いて、図３で示すカラーフィルターと類似の、マゼンタ／白（Ｍ／Ｗ）カラーフィルターを示す。図３で示すカラーフィルターと同様に、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、入力偏光子１３０に対して平行または垂直（π／２）に配向され、従ってモジュレータ１００は４５°偏光を変調し、そしてモジュレータ１００は、変化されていない入力偏光子１３０の偏光軸に沿って配向される光を通過させる。
【０１０６】
第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、７．５°、−７．５°、および７．５°でそれぞれ配向した個々のリターダーフィルム２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、８２．５°、−８２．５°、および８２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダーフィルム２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃを備える。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダースタックフィルムは、緑色（５４０ｎｍ）において１．５波リターダーである。従って、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０のそれぞれは、緑色光に対してπ／４偏光回転（半波リターダンス）を与える。脱出偏光子（ｅｘｉｔ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）１４０は、入力偏光子１３０の偏光軸に対して平行であるその偏光軸と共に配向される。従って、光出力は、マゼンタ状態と白色状態との間で変調される。
【０１０７】
０またはπ／２以外のＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の配向について、設計は、第二リターダースタック１２０への効率的な入力を考慮して、ＳＡ白色状態のために作られ得る。例えば、第二リターダースタック１２０の配向および脱出偏光子１４０は、交差リターダースタックおよび平行偏光子を効率的に提供するように、選択される。この白色状態は、モジュレータ１００が変調されたバンド全体にわたってアクロマティックである範囲で、実質的に理想的である。
【０１０８】
配向αLCを有するモジュレータは、２αLCの効率的な出力偏光を生成し、配向２αLC−α1、２αLC−α2、２αLC−αNを有する効率的な出力リターダースタック１１０を伴う。従って、効率的な交差リターダースタック白色出力は、２αLCでの脱出偏光子１４０およびπ／２＋２αLC−αN、...π／２＋２αLC−α2、π／２＋２αLC＋２αLC−α1での第二リターダースタック１２０を配向することによって、発生され得る。
【０１０９】
（実施態様３：ＳＯ交差スタック、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図５は、マゼンタ／白出力を有するカラーフィルターの別の実施態様を示す。図３および４の実施態様と同様に、入力偏光子１３０および脱出偏光子１４０を、互いに関して平行に配向する。しかし、ＺＴＮ ＬＣ半波モジュレータ１００を、入力偏光子１３０に関して±π／４で配向する。従って、モジュレータ１００は、入力偏光子１３０の偏光軸に平行に配向された光の偏光を変調し、そして変化されていない入力偏光子１３０に関して±π／４で配向された光の偏光を残す。
【０１１０】
図３および４に示すカラーフィルターと同様にＭ／Ｗ出力を得るために、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０を改変し、従ってそれらはそれぞれ緑色（５４０ｎｍ）において全波リターダンスを提供する。図３に示すカラーフィルターにおいて、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０は互いに関して交差するので、従って実質的に理想的な非常に白色である出力を提供する。
【０１１１】
第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および−６０°で配向した個々のリターダー３１０ａ、３１０ｂ、および３１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、３０°、−１５°、および−６７．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー３２０ａ、３２０ｂ、および３２０ｃを備える。
【０１１２】
（実施態様４：ＳＡ交差スタック、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、交差偏光子）
図６は、白色出力がＳＡモードで達成されること以外は、図５に示すＣＳＬＭと同様の、ＣＳＬＭ１０の別の実施態様を示す。ＺＴＮ ＬＣ半波モジュレータ１００は偏光の状態を反射し、従って入力偏光がπ／２で配向されるように見え、そして第一リターダースタック１１０が配向π／２−α1、π／２−α2、...π／２−αNを有するように「見える」。ＳＡ白色状態は、交差リターダースタックおよび平行偏光子の「見かけ」を作ることによって、発生される。このことは、π／２での脱出偏光子１４０を配向し、そして−αN、...−α1での第二リターダースタック１２０における個々のリターダーを配向することによって、なされる。この得られた構造は、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０の対向するサインを有する。
【０１１３】
図６に示す実施態様において、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および−６０°でそれぞれ配向した個々のリターダー４１０ａ、４１０ｂ、および４１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、６０°、−７５°、および−２２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー４２０ａ、４２０ｂ、および４２０ｃを備える。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーは、５４０ナノメートルで全波リターダンスを提供する。
【０１１４】
（実施態様５：ＳＯ白色（固有偏光）、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
交差リターダースタックの代替は、ＣＳＬＭ構造の固有偏光を使用してニュートラル出力を達成することである。図７は、図６のＣＳＬＭ実施態様の改変であるＣＳＬＭ１０の別の実施態様を示す。図７のＣＳＬＭ１０において、白色出力は、固有偏光を使用してＳＯモードで得られる。±π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、０および／またはπ／２配向偏光を有するスペクトルを変調するために本実施態様で使用される。
【０１１５】
図７のＣＳＬＭ１０は、Ｍ／Ｗ ＣＳＬＭであり、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーは、５４０ｎｍ（緑）でリターダンスの２個の全波を提供する。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０は、それぞれ青色および赤色バンドにおける半波リターダーであり、第一リターダースタック１１０は青色および赤色バンドにおける±π／４配向偏光を生じる。そういうものとして、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、青色および赤色バンドの偏光の状態を変調しない。
【０１１６】
図７の特定の実施態様において、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および６０°でそれぞれ個々のリターダー５１０ａ、５１０ｂ、および５１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、−６０°、７５°、および２２．５°でそれぞれ個々のリターダー５２０ａ、５２０ｂ、および５２０ｃを備える。
【０１１７】
（実施態様６：ＳＡ白色（固有偏光）、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、交差偏光子）
図８のＣＳＬＭにおいて、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、第一リターダースタックの見かけを改変し、従ってフィルターをかけた出力を発生する。半波リターダンスにおいて、入力偏光子１３０および出力偏光子１４０は交差しているように見え、そして第一リターダースタックは、配向６７．５°、１５°および−３０°を有するように「見える」。
【０１１８】
図８に示すＣＳＬＭ１０において、入力偏光子１３０および出力偏光子１４０は交差しており、そして第一リターダースタック１１０内の個々のリターダー６１０ａ、６１０ｂ、および６１０ｃは、入力偏光子１３０に関して、６７．５°、１５°、および−３０°でそれぞれ配向される。第二リターダースタック１２０内の個々のリターダー６２０ａ、６２０ｂ、および６２０ｃは、図６に示す対応する個々のリターダーと同一の配向を有する。
【０１１９】
図８に示す配置は、固有偏光としてＳＡモードの白色状態を生じる。
【０１２０】
（実施態様７：ＳＯ白色（固有偏光）、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図９に示すＣＳＬＭ実施態様は、図７に示すＣＳＬＭで使用されると同一のリターダースタック配置を使用する。しかし、異なるフィルターをかけた状態が、０°でＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００を配向することによって発生される。ニュートラル出力がＳＯモードで得られるので、そのスペクトルは、垂直な入射で変化しない。０°配向したＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、±π／４配向された偏光を変調する。従って、緑色モジュレータ（Ｍ／Ｗ設計）は、リターダースタック１１０および１２０を使用し、これらは、緑色（５４０ｎｍ）半波の個々のリターダー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７２０ａ、７２０ｂ、および７２０ｃから成る。ＳＡモードにおいて、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、リターダースタックの１つにおける角度のサインを切り換えることの「見かけ」を作る。
【０１２１】
（実施態様８：ＳＡ白色（固有偏光）、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
ＳＡ白色状態は、図９に示すＣＳＬＭ１０のリターダースタック（１１０または１２０）の１つにおける個々のリターダーの角度のサインを逆転することによって、固有偏光として得られ得る。そういうものとして、フィルターをかけた出力はＳＯモードで得られる。
【０１２２】
この配置を組み込むＣＳＬＭ実施態様を図１０に示す。この実施態様において、第一リターダースタック１１０は、図９に示す個々のリターダー７１０ａ、７１０ｂ、および７１０ｃと同一の配向を有する個々のリターダー８１０ａ、８１０ｂ、および８１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、６０°、−７５°、および−２２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー８２０ａ、８２０ｂ、および８２０ｃを備える。図９に示すＣＳＬＭにおけるのと同様に、図１０に示す実施態様におけるＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、０°で配向される。
【０１２３】
（実施態様９：整調可能なピーク透過を有するＳＡ白色）
モジュレータのクロミナンスが、ＳＡモードで適切な彩度を有するスペクトルを発生させるためには大きすぎる場合、このようなスペクトルは、ＳＯモードにおいて最も良く発生される。従って、白色状態は、開いた状態のほとんどのＬＣシャッターデバイスの透過特性の損失を反射する。しかし、ＺＴＮニュートラルシャッターと同様に、ＣＳＬＭの白色状態のピーク透過は、スループットを最小化するために調整され得る。図１１は、整調可能な白色状態を有するＳＯ緑色ＣＳＬＭ１０を示す。
【０１２４】
ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００が調整可能であり、従ってＣＳＬＭ１０の白色状態のピーク透過が、スループットを最大化するために調整され得る。入力偏光子１３０および出力偏光子１４０が交差配向を有する。第一リターダースタック１１０は、７．５°、−７．５°、および５２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー９１０ａ、９１０ｂ、および９１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、−５２．５°、７．５°、および−７．５°で配向した個々のリターダー９２０ａ、９２０ｂ、および９２０ｃを備える。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は４５°で配向される。
【０１２５】
（反射モードＣＳＬＭ）
反射モードＣＳＬＭ２０を図１２に示す。反射モードＣＳＬＭ２０は、入力偏光子１３０、反射体１１００、および入力偏光子１３０と反射体１１００との間に配置されたリターダースタック１２００を備える。リターダースタック１２００は、それぞれリターダンスΓ1、Γ2、...ΓNおよび配向α1、α2、...αNを有する多数の個別のリターダー１２１０ａ、１２１０ｂ...１２１０ｃを備える。作動中、光は入力偏光子１３０を通過し、個々のリターダー１２１０ａ、１２１０ｂ...１２１０ｃを通り、反射体１１００に反射し、個々のリターダー１２１０ｃ...１２１０ｂ、および１２１０ａを通過して戻り、そして入力偏光子１３０を通過して戻る。従って、入力偏光子１３０はまた、脱出偏光子として機能し、そしてリターダースタック１２００は第一および第二のリターダースタックの両方として機能する。通過光が反射モードＣＳＬＭ２０を取ることをより明確に示すために、反射モードＣＳＬＭ２０の「展開」模式図を図１３に示す。
【０１２６】
反射モードＣＳＬＭ２０は、α'i＝αiの制約を有する。アクロマティック変換が、設計の選択の範囲を広げるために挿入され得るが（ＡｍｍａｎｎおよびＹａｒｂｏｒｏｕｇｈ）、このような変換を避けることによってスタックの設計を簡単にすることが最も望まれる。逆反射配置において、展開図は、入力および出力偏光子（偏光子１３０と共に実行される）が平行であり、リターダースタックに対応する層が個別の配向を有することを示す。偏光スプリッター（図示せず）が使用される場合、平行偏光子出力または交差偏光子出力の間の選択肢が存在する。
【０１２７】
図１４は、反射モードデバイスを実行するのに必須の対称性を有する３つのリターダー（Ｎ＝３）を備える設計を列挙した表である。図１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ反射モードマゼンタＣＳＬＭの実測出力、およびイエローＣＳＬＭの測定された出力のプロットである。シアンＣＳＬＭは、図１４に列挙される設計＃８、４３０ｎｍで全波のリターダンスを提供するポリカーボネートリターダーを使用する。マゼンタおよびイエローＣＳＬＭは、図１４に列挙される設計＃５を使用する。マゼンタＣＳＬＭは、５４０ｎｍで１．５波ポリカーボネートリターダーを使用し、イエローＣＳＬＭは４６０ｎｍで１．５波ポリカーボネートリターダーを使用する。全てのＣＳＬＭは、Ｎｉｔｔｏ−Ｄｅｎｋｏ ＥＧ １４２５ＤＵヨウ素偏光子の２つのシートで構成され、これは白色出力の覆いを形成する。透明電極損失はまた、出力プロファイルの形状に寄与する。
【０１２８】
（他の実施態様）
上記のＣＳＬＭの実施態様は、補色のスペクトルの不変の透過を保持しながら、作動バンドの一部分（スペクトル）の透過を制御するためのＬＣモジュレーターを利用する。好ましい実施態様は、変調されていないスペクトルが、完全に透過されるか、または完全に消失するようなものである。ＬＣモジュレーターは、白色状態と実質的により飽和しているフィルターにかけた状態との間で変調するため、変調されていないスペクトルが完全に透過される実施態様は、可変彩度ＣＳＬＭを示す。ＬＣモジュレーターは、フィルターにかけた状態と黒色状態との間で変調するため、変調されていないスペクトルが完全に消失する実施態様は、可変輝度ＣＳＬＭである。多くの場合において、可変輝度ＣＳＬＭは、フィルターにかけた状態から一定のカラーコーディネートを有する黒色状態への完全な変調を可能にする。
【０１２９】
別のタイプのフィルターは可変色相フィルターである。可変色相フィルターは、フィルターにかけた状態に相当するＣＩＥ図上に２つの端点を有するフィルターである。従って、ＬＣモジュレーター（単数または複数）の作用は、フィルターにかけた状態とニュートラル状態との間よりむしろ２つのフィルターにかける操作間での変調である。いくつかの可変色相フィルターの例が、米国特許第５，７５１，３８４号に提供され、これはその全体が本明細書中で参考として援用される。このタイプのフィルターはまたＣＳＬＭで実行され得る。
【０１３０】
図１６は、可変色相フィルター（ＣＳＬＭ）１０を示し、これは緑色出力とマゼンタ出力との間で切り替わる。これは、リターダースタックカラー偏光子（ＳＰＦ）の外側にあるＬＣスイッチを利用するステージのＧ／Ｍ出力と比較され得る。このような配置において、緑色およびマゼンタのスペクトルは正反対（補色）であり、５０％の透過点で交わる。しかし、ＣＳＬＭ１０のＧ／Ｍスペクトルは正確に補色ではあり得ない。２つのスペクトルの和は、純なシアンバンドおよび純なイエローバンドで実際にノッチを有し、これはディスプレイの用途に望ましい。標準型ＳＰＦのように、２つのスペクトルは、半波リターダーをπ／４だけ回転することによって発生し得る。
【０１３１】
図１６のＣＳＬＭ実施態様において、複合半波モジュレーター１３００は、モジュレーターとして使用され、そしてπ／４配向を無色にする。複合半波モジュレーター１３００は面内スイッチング（ＩＰＳ）モジュレーター１３１０、ならびにＩＰＳモジュレーター１３１０の各側面に配置された半波リターダー１３２０および１３３０を備え、そして１５°で配向される。第一リターダースタック１１０は、それぞれ７．５°、−７．５°および７．５°で配向された個別のリターダー１４００ａ、１４００および１４００ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、それぞれ−８２．５°、８２．５°および８２．５°で配向された個別のリターダー１４１０ａ、１４１０ｂおよび１４１０ｃを備える。複合半波モジュレーター１３００は、第一リターダースタック１１０と第二リターダースタック１２０との間に配置され、これらは全て平行偏光子１３０と１４０との間に配置される。
【０１３２】
ＩＰＳモジュレーター１３１０が５π／１２で配向される場合、４０ｎｍのバンドパス幅を有する緑色出力が透過される。ＩＰＳモジュレーター１３００が２π／３回転される場合、４９４ｎｍおよび５９６ｎｍで半最大点を有するマゼンタが出力である。これらのスペクトルは１０％の透過点で重なる。
【０１３３】
図１７は４６個のさらなるＳＯフィルターＣＳＬＭ設計を示す表であり、図１８は４６個のさらなるＳＯニュートラルＣＳＬＭ設計を示す表である。図１９は５６個のさらなる交差偏光子ＣＳＬＭ設計を示す表であり、ここでα1−α2＋α3＝２２．５°である。図２０は５９個のさらなる交差偏光子ＣＳＬＭ設計を示す表であり、ここでα1−α2＋α3＝６７．５°である。
【０１３４】
（マルチステージフィルター）
マルチステージＣＳＬＭは、１つ以上の検光偏光子と直列の２つ以上のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージを備える。各リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージは、モジュレーターの各側面に配置されたリターダースタックを有するモジュレーターを備える。典型的には、偏光子はニュートラルであるが、特定のスペクトル成分を分析するように設計された偏光子は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージを分離し得る。２偏光子および４偏光子フルカラーマルチステージＣＳＬＭの例は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージがカスケード型の場合に起こる発行物を例示するために使用される。マルチステージＣＳＬＭは、以下でより詳細に説明されるように、カラーシーケンサーとして使用され得る。
【０１３５】
図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ２つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭおよび４つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭのブロック線図である。図１７Ａに示される２つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０、青色ステージ１４４０、および入力偏光子１４５０に関して交差した出力偏光子１４６０を備える。図１７Ｂに示される４つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭは一般に、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、この赤色ステージ１４２０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、この緑色ステージ１４３０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４８０、青色ステージ１４４０、およびこの青色ステージ１４４０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４９０を備える。
【０１３６】
ステージの実際の数は任意であることが留意されるべきである。さらに、赤色、緑色および青色ステージは図２１Ａおよび２１ＢのＣＳＬＭに例示の目的で示されるが、他の色を変調するステージが使用され得るということを理解するべきである。上記のほとんどのＣＳＬＭ設計は、共通経路フルカラーディスプレイがビデオレイトパネル（ｖｉｄｅｏ ｒａｔｅ ｐａｎｅｌ）を使用するのを可能にするために、各ＣＳＬＭステージ内のモジュレーターがピクセル化されることを可能にする。上記の小数のＣＳＬＭ設計は、特に加法原色または減法原色の発生のいずれかのみを特に意図される。
【０１３７】
（２偏光子、３ステージＣＳＬＭ）
図２１Ａに示される一般的な２偏光子のマルチステージＣＳＬＭの重要な利点は、高い光効率である。なぜなら、これは偏光された入力、および最後の個々のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージに続くシグナル検光偏光子を必要とするにすぎないためである。検光偏光子は、リターダースタックおよびモジュレーターの外部に配置され得、すでにＬＣＤ逐次プロジェクターのようなシステム内にある偏光子を操作および／または利用する電力を増大する。入力光は非偏光でなければならず、偏光ビームスプリッターは２つの光路を形成するために使用され得る。これらの通路は、リターダースタックおよびモジュレーターによって個別に処理され得、第二偏光スプリッターと再び合わされる。原理的にこれは実質的に損失のないフィルターにかける操作を表す。これはシステムの「ｅｔｅｎｄｕｅ」が増加することなく達成される。ただし、マルチステージＣＳＬＭの次の構成要素は、偏光に対する感度が良くない。このような構成要素はデジタルマイクロミラー（ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ）デバイス（ＤＶＤ）の場合である。
【０１３８】
１つの検光偏光子を備えるフルカラーマルチステージＣＳＬＭの設計における課題は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ間の相互作用を最小にすることである。偏光の状態は、各リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ後に分析されないため、これらのステージは、電力伝達ベースよりむしろフィールドベースで相互作用する。従って、２偏光子設計は４偏光子設計より優れたステージの独立性を必要とする。偏光検光子は、ＣＳＬＭステージを単離しないため、ニュートラル状態のモジュレータークロミナンス（または垂直でない入力光）によってもたらされる任意の偏光効果は、フィルターにかけた状態の任意のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ用のカラーコーディネートのデグラデーションを表す。ニュートラル状態の質が（黒色状態の濃さまたは白色状態の平坦性）を改良するため、これらのステージの独立性が改良され、ＳＯニュートラル状態を好ましい設計選択にする。
【０１３９】
２偏光子設計の重要な利点は、４偏光子設計に比べてより多数の利用可能な設計の選択肢があることである。特に、２偏光子ＣＳＬＭは、加法モードにおいて作動され得る。上記のように、ステージは、減法モードにおいて可変彩度フィルターとして挙動し、加法モードにおいて可変輝度フィルターとして挙動する。１つの偏光検光子のみが使用される場合、白色状態より黒色状態を使用する設計が考えられ得る。黒色状態は単に、特定のステージが、平行偏光子間ではなく交差偏光子間で「消える」ことを意味する。用語「消える」は、ステージを通過する入力光の偏光が保持されることを表すのに使用される。従って、ステージが存在しないように見える。マルチステージＣＳＬＭの状況において、他のステージはフィルターモードに切り換えるのに利用できる状態のままであるため、黒色状態は他の出力スペクトルを除外しない。逆に、全てのニュートラル偏光子を使用する４偏光子フィルターは、白色があらゆるリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージの共通出力であることを必要とする。従って、単に検光偏光子を回転することによって、ＣＳＬＭは減法フィルターからいくつかの重要な性能を有する加法フィルターに変換される。
【０１４０】
加法モード設計の利点は、減法原色および白色より、加法原色および黒色の質を優先することであり、これはディスプレイの適用に重要である。入力および出力偏光子が交差する場合、偏光子間の構造を消すことが不可能なため最初に黒色状態の質が落ちる。逆に、入力および出力偏光子が平行の場合、黒色状態は、偏光を直交状態に変換する偏光子間の構造に依存する。フルカラー減法モード構造体を使用する場合、これは、３つのリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ（各々は１つの加法原色の偏光を直交状態に回転することを請け負う）の共同作用を必要とする。典型的に、これは手に負えそうもない仕事である。
【０１４１】
他の利点は、色の発生に関連する。加法モード設計は、ステージ間の共同作用を必要としない単一のＣＳＬＭステージを直接使用して加法原色を生じる。従って、各ステージは、他のステージの特徴を無視して独立して設計され得る。ただし、ニュートラル状態は適切な質である。従って、加法モードＣＳＬＭを用いて、ＳＯモードにおいて理想的には、ステージは「消え」、各ステージは、１つの加法原色の透過を独立して測定することを請け負う。
【０１４２】
加法的に減法原色を発生する場合、ステージ間の相互作用が原因の性能損失は、減法的に加法原色を発生する場合に比べてしばしばあまり重要ではない。電力の維持によって、加法および減法フィルターの透過スペクトルが互いに逆になることに留意されたい。このことを考慮すると、黄色スペクトル中に純なイエローノッチを有することは、青色スペクトル中に黄色サイドローブを有することより色彩的により良好である。同様に、シアンスペクトル中に純なシアンノッチを有することは赤色スペクトル中に純なシアンサイドローブを有することより色彩的により良好である。最も重要なことには、白色出力中の純なシアンおよび純な黄色ノッチは、黒色状態の純なシアンおよび純な黄色サイドローブよりも重要性が少ない。
【０１４３】
（投影ディスプレイ ＲＧＢ ＣＳＬＭ カラーシーケンサー）
投影ディスプレイにおいて、高い光効率を持続することが最優先される。さらに、ＣＳＬＭカラーシーケンサー（ＣＣＳ）は、プロジェクターランプの高い光レベルを処理しなければならない。従って、好ましくは、内部偏光子はＣＣＳ設計から排除される。スループットを減らさないために、好ましくは、このＣＣＳは、ビューイングタイム中のボトルネックまたは衝撃係数を生じない。従って、ＣＳＬＭの過渡的挙動が考慮されなければならない。
【０１４４】
幸いにも、視野の要件は、２偏光子設計において有利な直視システムのため緩和される。典型的には、１０°〜１５°の半円錐角度が受容可能である。これらを最優先して、プロジェクターＣＣＳについての好ましい実施態様が、ここで記載される。多くの議論は、単一のピクセルカラーシーケンサーに集中するが、この例はまた、スタックした３つのステージ、ピクセル化したカラーディスプレイに適用する。
【０１４５】
図２２Ａに示すように、プロジェクターＣＣＳ用の第１の好ましいＣＳＬＭ設計は、ＳＡ赤色ステージ１１４０，ＳＡ緑色ステージ１４３０、およびＳＡ青色ステージ１４２０を有する２偏光子加法（ＳＯ黒色）設計である。青色ステージ１４２０は、第一リターダースタック１４７０、４５０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１４８０および第二リターダースタック１４９０を備える。緑色ステージ１４３０は、第一リターダースタック１５００、５４０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１５１０、および第二リターダースタック１５２０を備える。赤色ステージ１４４０は、第一リターダースタック１５３０、６５０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１５４０、および第二リターダースタック１５５０を備える。リターダースタック１４７０、１４９０、１５００、１５２０、１５３０および１５５０を備える、個々のリターダーの好ましいリターダンスおよび配向は、図２２Ａで列挙され、議論されていない。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は、９０°配向される。リターダースタック１４７０、１４９０、１５００、１５２０、１５３０および１５５０を構成する個々のリターダーは、好ましくはＺ延伸ポリマーフィルム（例えば、Ｎｉｔｔｏ ＮＲＺTMポリマーフィルム）である。
【０１４６】
図２２Ｂは、投影ＣＣＳ用の第２の好ましいＣＳＬＭ設計を示す。２２Ａの設計のように、２２Ｂの設計は、ＳＡ赤色ステージ１４４０、ＳＡ緑色ステージ１４３０、およびＳＡ青色ステージ１４２０を有する２偏光子加法（ＳＯ黒色）設計である。図２２Ｂの設計におけるＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は、それぞれ４５０ｎｍ、５５０ｎｍおよび６２０ｎｍ半波ＬＣモジュレーターである。リターダースタック１４７０、１４９０、１５２０、１５３０および１５５０を備える個々のリターダーの好ましいリターダンスおよび配向は、図２２Ｂに列挙され、議論されていない。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は０°配向される。
【０１４７】
図２２Ａの設計とは異なり、図２２Ｂの設計は、視野を改善するためのコンペンセーターを備える。具体的には、リターダースタック１４９０、１５２０および１５５０は、面内コンペンセーター１４９０Ａ、１４９２Ｂおよび１４９２Ｃを備える。さらに、リターダースタック１４９０および１５２０は、Ｚコンペンセーター１４９４Ａおよび１４９４Ｂを備える。面内コンペンセーターおよびＺコンペンセーターは、ＣＳＬＭカラーシーケンサーの視野を改善するのを助ける。Ｚコンペンセーター１４９４Ａおよび１４９４Ｂは、適切なセルローストリアセテートおよび二軸延伸ポリマー（例えば、ポリカルボネート）である。
【０１４８】
図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、３個のＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０を有する。補色の切り換えに基づくＣＣＳは２個のＬＣ変調基を有するのみであるが、図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、重要な利点を提供する。第一に、３ステージ設計は、補色の２つのステージ設計において必要な内部偏光子を排除する。適切に選択されたガラス、伝導性コーティングおよびスペーサー濃度を用いることによって、ステージの損失は、１ステージあたり約１〜２％まで減少し得る。対照的に、内部偏光子として使用される各色素充填偏光子は、１６％より大きい損失をもたらす。
【０１４９】
第２に、５０％の透過点で重なる補色リターダースタックベースの設計とは異なり、図２２Ａおよび２２Ｂ設計の各ステージからのスペクトルは、互いに独立している。
【０１５０】
第３に、ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０の各々は、１つの加法原色のバンドにわたってのみアクロマティックである必要があり、一方、補色ベースの設計（二重系ブロッキングを想定して）は２つの加法原色のバンドにわたるアクロマティックな挙動が必要である。
【０１５１】
第４に、補色ベースのフィルターとは異なり、ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０のリターダンスは、３つのステージＣＣＳのカラーコーディネートに顕著な影響を有す必要はない。このことにより、スペクトルはＬＣモジュレーターの細部の特徴と無関係であるために、３つのステージＣＣＳは非常に強くなる。
【０１５２】
第５に、以下でより詳細に議論されるように、図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、その好ましい過渡的挙動のため、ほぼ１００％のビューイングを可能にする。
【０１５３】
図２３は、図２２Ａおよび２２ＢのＣＣＳについての真理表である。全てのＬＣモジュレーターが高度に駆動（「オフ」状態）されると、黒色状態が得られる。各ステージのスタックの第一および第二のリターダーのリタデーションが等しくなり、正確に交差するという点、およびＬＣモジュレーターが完全に消され得るという点で、コントラスト率は、制限された偏光子である。適切な製造耐性が与えられると、適切に補償されたＬＣモジュレーターを使用して、２００：１の平均コントラストが達成され得る。
【０１５４】
各リターダースタックの独立した最適化により、さらなるノッチフィルターに関連する損失なしで、ほぼ理想的なカラーコーディネートが達成し得る。そうでなければ、このようなフィルターは、中間原色光（ｉｎｔｅｒｐｒｉｍａｒｙ ｌｉｇｈｔ）を除くために補色に基づいた設計に必要とされ得る。受容可能なカラーコーディネートを達成することは、ランプのスペクトル（およびシステム内の色の損失）、リターダースタック内の別個のリターダーフィルムの数、ならびにステージによって変調された特定の原色バンドに依存する。バンドパスの中心の波長が増加するにつれて、性能を維持するためのリターダーフィルムの数を増やす必要がある。例えば、Ｂ／Ｋステージ１４２０おいて、第一および第二リターダースタック１４７０および１４９０の各々には、たった３個のリターダーフィルムが使用される。なぜなら、リタデーションのΔｎ（λ）／λ依存は、ストップバンド幅を改善するのに役立つ。一般に、２または３個の別個のリターダーフィルム有するリターダースタックを使用する青色ステージは、受容可能なコーディネートを与える。
【０１５５】
逆に、リタデーションのΔｎ（λ）／λ依存は、Ｒ／Ｋステージ１４４０のストップバンド幅を減らす傾向がある。従って、さらなるリターダーフィルムは、好ましくは、リターダースタック１５３０および１５５０に使用される。例えば、リターダースタックに使用される１．５λの赤色リターダーフィルムは、２．５λの青色であり、これはマゼンタの出力を生じる。これは、ＬＣ色モジュレータークロミナンスを使用して、青色状態を排除し、かつ青色ステージ１４２０を使用してさらに青色透過を減らすことによってアドレスされ得る。しかし、このタイプの設計は、あまり強くない。なぜなら、これは、モジュレーターのリターダンス制御、および受容可能なスペクトルを達成するためのステージ間の協同性に依存するからである。上記のように、各ステージは、互いに独立していることが好ましい。０．５λの赤色リターダーが使用される場合、青色オーダー（ｏｒｄｅｒ）は安全に排除されるが、変換勾配はより浅い。これはステージを独立し得るが、Ｎの値（個々のリターダーの数）は、変換勾配を急にし、受容可能なカラーコーディネートを与えるように増加されなければならない。
【０１５６】
図２４Ａ、２４Ｂおよび２４Ｃは、図２２Ａの完全に組み立てられたＲＧＢ ＣＣＳについて、それぞれ測定された赤色、緑色および青色の透過スペクトルを示す。各スペクトルの最大透過は、パッケージ型ＲＧＢ ＣＣＳのみに関与する損失を示す。これは、基板、リターダースタック、接着剤、ＩＴＯフィルムおよびＬＣフィルムを含む。ＡＲコーティングが、外表面上に提供されるが、ＲＧＢ ＣＣＳは入力および出力偏光子なしでパッケージされる。
【０１５７】
図２５Ａ、２５Ｂおよび２６Ｃは、さらなる測定されたシアン、マゼンタおよび黄色（ＭＹ）スペクトルを示し、これはまた図２２ＡのＲＧＢ ＣＣＳと共に利用し得る。ＭＹスペクトルの最適化は試みられなかった。加法原色のみを考慮することとは対照的に、より均等な重み付けが、減法スペクトルの質に付与されなければならず、これらのステージ間の相互作用を改善するように調整が行われ得る。
【０１５８】
図２２Ａおよび２２ＢのＣＣＳは、周期性Ｒ、Ｇ、Ｂモードで操作され得るが、このＣＣＳは、回転カラーフィルターホイール（これはより能力がある）の機能を模倣する。例えば、駆動スキームを変えることによって、各原色（および適切ならば白色）のビューイングタイムが調節され得る。より一般的には、シングルフレーム期間内では、各色のビューイングの数、それらの持続時間、それらが表示される順番、および透過レベルは全て任意であり、そして電子的に選択可能である。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０をアナログモードで駆動することによって、一連のシステムにおける色のバランスのため、または純な白色フレームの色のバランスのため、原色の任意の混合が作り出され得る。図２６Ａ、２６Ｂおよび２６Ｃは、それぞれ赤色ステージ１４４０、緑色ステージ１４３０および青色ステージ１４２０の、それらが図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーに組み立てられる前に、測定された出力を示す。図２６Ａおよび２６Ｂは、それぞれ青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０の、異なるモジュレーター駆動レベル（すなわち、それぞれのＬＣモジュレーター１４８０および１５１０をアナログモードで駆動する）で測定された出力を示す。図２６Ａおよび２６Ｂにおいて分かるように、個々の透過レベルが達成され得、これにより十分な変調性能が可能となる。図２６Ｃには示されていないが、赤色ステージ１４４０は同様の様式で駆動され得る。
【０１５９】
（２偏光子ＣＣＳの過渡的挙動）
非対称の立上り／立下り時間（ｒｉｓｅ／ｆａｌｌ ｔｉｍｅｓ）がネマティックＬＣデバイスのスイッチングを特徴付ける。ＬＣフィルムわたって印加された十分な電場（これは弾性力に拮抗する）は、約５０〜１００μ秒で分子配列分布を再配列する。この場が除かれると、原型の分布への比較的緩徐な緩和（約５００μ秒〜１ミリ秒より大きい）が起こる。この復元は電場補助されていないので、リセット時間の改善はセルジオメトリ、表面処理およびＬＣ流体の物理的性質を改変することにより達成される。他のＬＣ効果が著しく緩徐であるかまたは非常に薄いセルギャップを要する場合、表面モードデバイスは、それらが半波状態へのミリ秒以下の緩和を提供するので魅力的である。表面モードデバイスは、およそ５０μ秒で容易にゼロのリターダンスに駆動され得る。
【０１６０】
好ましいＣＣＳ設計の過渡的挙動は、スイッチング速度のこの差異をうまく利用してカラーコーディネートを維持し、これによりビュー時間と飽和度の間の関係を取り除く。ほとんどのＺＴＮモジュレータデバイスでは、極大リタデーションが非駆動状態で提供され、駆動状態ではほとんどゼロの面内リタデーションを有する。好ましいＣＣＳ設計の状況では、これは任意のフィルタ状態から黒色状態への非常に迅速な駆動を可能とする。
【０１６１】
図２７は、フルカラーＣＳＬＭカラーシーケンサーを加法原色に配列するために使用され得る駆動スキームの１つの種類を示す。このＣＳＬＭカラーシーケンサーは、内部偏光子を持たない３つのＳＯ黒色ステージからなると考えられる。図２７に示した駆動スキームに関して、この駆動状態は、各セルの面内リタデーションを実質的に除去するのに十分な大きさを有する２ＫＨｚ方形波（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ）である。この駆動状態は、完全な透過状態に対して最大のスイッチング（緩和）速度を生じる０Ｖとして示される。これは、典型的なネマティックＬＣセルの挙動を表し、このため分子は、透明導線にわたって印加された電場に平行に配列するということに注目すべきである。例えば、この様に駆動された均一配向ＺＴＮセルに基づいたＣＳＬＭカラーシーケンサーは、典型的に最も速いスイッチング速度および最良の視野を与える。反対に、０Ｖの透過状態は、分子配列の配置が透過状態の持続のため安定しないＬＣセルに使用するには適切ではない。
【０１６２】
図２８は、電気駆動信号、およびカラー状態間に推移中の２つのフィルターステージ（赤色および緑色）の対応する光透過を示す。３原色の１つ（例えば、緑色）に対応するステージが低く駆動されるにつれ、それに続く色（例えば、赤色）のためのモジュレータは高く駆動される。５０μ秒未満で、このＣＳＬＭカラーシーケンサーは赤色から黒色へ切り替わる。約１ミリ秒の経過中に、緑色モジュレータのリターダンスは増加し、緑色の透過が１００％まで増加するのを可能とする。初期の５０μ秒に続く時間の間に、緑色ステージのリターダースタックにより確立された波長バンドのみが、モジュレータのリターダンスと独立して透過可能となる。このように、カラーコーディネートは、透過性が増加するにつれ、実質的に一定となる。カラーコーディネートに（垂直入射で）影響し得るのは、加法原色バンドに対するモジュレータの比較的重要でない色挙動のみである。フルカラーシーケンシャルシステムにこのスキームを使用して、ＣＳＬＭカラーシーケンサーは、ディスプレイをブロックすることなく、色品質に影響なく連続的に見られ得る。
【０１６３】
この１００％透過状態への１ミリ秒の推移が有益に使用され得るディスプレイ様式がまた存在する。パルス幅変調ディスプレイでは、解像度は、単一フレームの輝度工程により限定され得る。この工程は、フル照明下での単一フレームの最小ビュー時間により決定される。解像度を増加させる方法は、減少された照明レベルで１つ以上の画像のフレームを挿入することであり、これによりビュー時間を制御可能な持続時間まで増加する。
【０１６４】
色の間の推移時間を減少させる処理能力の利益がある場合には、代替の駆動スキームが考慮され得る。２偏光子ＣＣＳでは、駆動状態（黒色モード）と非駆動状態（フィルターモード）の間の間隔が、そのディスプレイが比較的速い場合には、処理能力を決定し得る。作動バンドの中心の半波リターダンスにできるだけ早く到達すること、そしてそのリターダンスをビュー時間のあいだ中、維持することが重要である。
【０１６５】
典型的には、低電圧状態におけるリターダンスは、小さな（２〜４Ｖ ｒｍｓ）保持電圧の使用での特定の値で維持される。しかしながら、保持電圧の効果は、半波リターダンス状態への緩和時間を減少させることである。例えば、特定のモジュレータは、３Ｖ ｒｍｓ保持電圧で作動された場合、１．２ｍｓの緩和時間（交差偏光子の間で１０％透過から９０％透過となるまで１．２ｍｓ）を有することが見出された。この保持電圧は、５．６ｍｓビュー時間のあいだ中、所望の半波リターダンスを提供するのに選択された。
【０１６６】
図２９に示したような３ステージ駆動スキームを使用することにより、緩和時間は減少され得る。図２９は、赤色、緑色および青色ＣＳＬＭステージを備えるＣＳＬＭカラーシーケンサーの駆動スキームを示す。表中に示した電圧および駆動時間は、５０℃の作動温度で１８０Ｈｚで作動する、典型的なＣＳＬＭカラーシーケンサー用である。
【０１６７】
例として図２９に示した赤色セルの駆動スキームを参照すると、この赤色ステージのモジュレータは初めに、オフ状態を表す最大電圧状態（ＶU-R）から０電圧状態へ切替えられる。この０電圧状態は、半波状態への緩和を最大化する（このＬＣセルのターンオン時間を減少させる）。所望のリターダンスが達成された後、このモジュレータは、そのリターダンスを維持するため、そのビュー時間（Ｔ±VL-R）の残余の間、小さな保持電圧（±ＶL-R）で駆動され得る。その結果は、０．６ｍｓのスイッチング速度であり、これは二ステージ駆動スキームで得られるものを超える処理能力の増加に対応する。
【０１６８】
４偏光子マルチステージＣＳＬＭでは、ニュートラル偏光子が各ステージの間に挿入される。偏光は各ステージの後に検光されるので、全透過は、各ステージの出力透過機能の積である。この理由のため、白色状態は全てのステージに共通でなければならない。これは、ニュートラル偏光子よりはむしろ色素ベースカラー偏光子が使用される場合には事実ではないことに注意のこと。２偏光子の場合と異なり、白色状態のステージのセルクロミナンスは、他のステージに導入される偏光をもたらさない。このことが、フィルターに、ＳＡ状態および非垂直光からのカラーコーディネート劣化を受けにくくさせる。他方、２偏光子の付加は、全体の処理能力を減少させる。以下に本発明者らは、２つの４偏光子の例を考慮する；１つは、ＳＯ加法原色ステージを使用し、他方はＳＯ減法原色ステージ（またはＳＡ減法原色ステージ）を使用する。本発明者らは、ＳＡ加法原色ステージは乏しいカラーコーディネートしか得られないため、考慮しない。
【０１６９】
（４偏光子ＣＣＳ：ＳＯ加法原色）
図３０は、ＳＯ加法原色ステージを有する４偏光子ＣＣＳを示す。このＣＣＳは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を包含する。この実施態様において、本発明者らは再び、赤色、緑色、青色および高密度黒色状態の生成を、それらの相補的な状態を犠牲にして、目的の駆動設計にさせる。このＣＣＳは、Ｒ／Ｗ、Ｇ／ＷおよびＢ／Ｗ ＳＯ加法原色ステージを使用して構成される。各ステージは、内部偏光子と共にＳＡ白色状態を有するので、本発明者らは、モジュレータの色効果の蓄積が白色出力を減弱させると期待する。さらに重要なことには、各ステージからのフィルタリング動作は加法原色の２つをブロックするので、ニュートラル偏光子を使用する全てで減法原色を生じることは可能でない。しかしながら、これらのステージは、加法原色が生成される場合、独立しており、高密度黒色状態を生じることは可能である。それゆえ、この実施態様は、減法混色ディスプレイの実装には好ましくないかもしれないが、例えば、カラーシーケンサーとして使用され得る。
【０１７０】
出力される全ての３原色は、１つのステージにより生成される色、および残りのステージからの白色状態の積であるということに注意のこと。有意なモジュレータクロミナンスの存在下で高い処理能力を提供するためには、白色状態を調整して選択された色の中心の波長で最大透過性を提供することが必要である。このことは、半波リターダンスが最長波長の３原色で、それが供給（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ）する、白色状態を提供するのに十分でなければならないので、モジュレータの設計に影響を与える。例えば、青色および緑色ステージは赤色で半波リターダンスを与えなければならず、一方、赤色ステージは緑色で半波リターダンスを提供しなければならない。
【０１７１】
白色状態を調整するさらなる利点がある。ひとつの利点は、低コントラストフィルタリング動作により提供されるさらなるブロッキングである。例えば、さらなる青色除去が青色および緑色ステージから発生し、それらの白色状態を赤色ピーク透過に調整する。反対に、この白色状態は、カラーバランスを制御するアナログモードに使用され得る。特定の出力３原色は、他のステージの各々により実質的に変調される。このように、「白色」ステージをＳＡからＳＯに調整することは、フル透過およびゼロ透過の間の所望の出力３原色を変調する。
【０１７２】
図３１は、ＳＯ加法原色ステージを有する白色状態および４偏光子ＣＣＳの調整結果を示す表である。ケース番号１では、白色、赤色および緑色ステージはオン状態であり、白色ステージは青色ピーク透過になり、そして青色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、青色である。
【０１７３】
ケース番号２では、赤色および青色ステージはオン状態であり、それらの白色状態は緑色ピーク透過となり、そして緑色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、緑色である。
【０１７４】
ケース番号３では、緑色および青色ステージはオン状態であり、それらの白色状態は赤色ピーク透過となり、そして赤色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、赤色である。
【０１７５】
ケース番号４では、３つのステージ全てがオフ状態であり、カラーシーケンサーの出力は黒色である。この状態での黒色出力は、各ステージからのフィルタリング動作が加法原色の２つをブロックするので、高密度である。それゆえ、ブロッキング冗長がある。
【０１７６】
ケース５〜７は、ニュートラル偏光子を使用する減法原色を生成することが可能でないということを例示する。上記のように、ケース番号８により生成された白色出力は、色の蓄積が各ステージのモジュレータに作用するので、光沢がある。
【０１７７】
ＳＯ加法原色を使用する別の利点は、高密度黒色状態を生成することが可能であることである。それぞれのフィルターに通した状態は効果的に加法原色の２つをブロックするので、各ステージがＳＯモードである場合、多量の冗長がある。実際に、加法原色バンドの各々は、２つのステージによりブロックされる。モジュレータがネマティックＬＣで実装される場合（これは、非対称スイッチング速度を有する）、２偏光子ＣＣＳと関連した上記の有益な過渡的挙動が示される。詳細には、このＣＣＳは、即座に黒色へ駆動され得、ステージの独立性は緩和中の高品質カラーコーディネートを提供する。２偏光子の場合と異なり、全ての３つのステージは、黒色出力の間に加法原色を同時に生成する。
【０１７８】
透過カラーは、従って、どのステージの組み合わせが白色状態に切替えられるかにより決定される。カラーコーディネートに作用し得るのは、白色状態の発生により引き起こされる透過バンドの歪曲のみである。
【０１７９】
（４偏光子ＣＣＳ：ＳＯ白色）
目的が減法原色を生成することである場合、特定の電子カメラの適用の場合のように、高密度黒色状態がまた必要である場合以外は、上記設計考慮の反対のことが当てはまる。平行偏光子を用いて、シアン、マゼンタおよび黄色が、３つのステージの各々により独立して生成され、そして白色は原理的には実質的にロスがあり得ない。しかしながら、高密度黒色状態を得る困難性はマイナスに主張する。詳細には、黒色状態の生成は、受容可能な密度を達成するために、Ｃ、ＭおよびＹステージの共同作用を必要とする。ステージ間の協調性が最適化される場合でさえ、黒色状態の密度は比較的乏しい。このように、減法原色を生成するための加法的アプローチは、高密度黒色状態が必要である場合、通常好ましい。
【０１８０】
この場合、本発明者らは２偏光子ＳＯ減法原色ＣＣＳと非常に似た動作を有するＣＣＳを得る。各モジュレータは加法原色の１つだけを変調するので、４偏光子ＣＣＳは、ＳＯ減法混色またはＳＯ白色のいずれのモードにおいても、性能的に殆ど差異なく作動し得る。４偏光子ＣＣＳはまた、減法原色パネルディスプレイシステムを実装するのに適切である。
【０１８１】
モジュレータの色効果は重要ではないので、高透過白色状態が、ＳＯ減法原色またはＳＯ白色モードのいずれにおいても生成し得る。このことは白色状態の色調整の必要性を排除する。この設計スキームを使用して、高品質減法原色が同様に生成し得る。しかしながら、加法原色は、ステージ間の非理想的協調を被り得る。この兆候は、２偏光子ＣＣＳに見出されたものと非常に似ており、赤色出力における純シアンサイドローブ、青色出力における純黄色サイドローブ、および比較的乏しい密度の黒色状態を含む。しかしながら、実際の挙動は、４偏光子ＣＣＳの出力は各ステージの透過機能の積であるので、異なっている。このことは、例えば、これらのステージが３原色内バンドの拒絶を改善するよう相互作用し得ないということを意味する。
【０１８２】
図３２は、ＳＯ白色状態を生成する４偏光子ＣＣＳを示す。このＣＣＳは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を備える。
【０１８３】
（視野）
モジュレータの選択およびＣＳＬＭ配置は典型的には、特定の適用のための視野（ＦＯＶ）要件により影響される。このＦＯＶ要件は、ＣＳＬＭ設計およびモジュレータの選択に重要な影響をもち得る。偏光子リターダースタック（ＰＲＳ）のような相補的なカラー偏光子ベースシステムでは、およそ等しい重要性が２つの電圧状態のＦＯＶに割り当てられるが、これは、２つの電圧状態の両方がフィルタースペクトルの生成において役割を有するからである。反対に、白色／３原色ＣＳＬＭに基づいたシステムは、これらの電圧状態に等価でない重要性を割り当てるよう許容する。詳細には、ＣＳＬＭステージは、白色状態の視野角を犠牲にして、フィルターに通した状態の大入射角での固定カラーコーディネートを生成するよう偏らせられ得る。この設計は、このようなステージが出力透過ベースで相互作用するので、偏光子が各ステージを分離する場合に最も良く作動する。
【０１８４】
本発明のＣＳＬＭの利点は、変調リターダンスが色シフトを示さないことである。これは、この遷移バンド幅がリターダースタックにより規定され、モジュレータの状態に独立であるためである。モジュレータはバルブとして機能し、受動的リターダースタックにより確立されたスペクトルウィンドウが満たされる程度を決定する。
【０１８５】
（ワイドＦＯＶ４偏光子ＲＧＢ ＳＣＬＭ）
シーケンシャル電子カメラの適用に必要であるような、最大ＦＯＶを与えるよう設計される４偏光子３色ＣＳＬＭについて考える。この型の適用に関しては、スイッチング速度は重要ではなく、固定カラーコーディネートが望ましい。逆平行配向ＺＴＮモジュレータを利用するＣＳＬＭ構造について考える。逆平行配向ネマチックＬＣセルは、それがゼロ次の１軸性面内半波リターダンスのみで構成されるので、非駆動状態では大視野を与える。従って、オフノーマル角でのリターダンスの１次シフトはない。反対に、駆動状態は、自己補正でないｚ依存ディレクター分布を有する。このように、このＬＣセルは非補正時の非駆動状態でより良好なＦＯＶ性能を提供する。
【０１８６】
上記に記載したように、ＲＧＢ４偏光子ＣＳＬＭは、ＳＯフィルターモードを使用して最良のカラーコーディネートを与える。モジュレータに逆平行ネマチックＬＣセルを使用することは、フィルター出力が駆動状態に割り当てられるということを意味し、これは劣ったＦＯＶを有する。この問題は、これらの状態を受動的に反転することにより解決され得る。これは好ましくは、負の複屈折面内１軸性リターダーフィルムと逆平行ネマチックＬＣセルとを組み合わせることにより達成される。この負の複屈折面内１軸性リターダーフィルムは、適切にはポリスチレン（Ｙ．Ｆｕｊｉｍｕｒａら、ＳＩＤ９２Ｄｉｇｅｓｔ、３９７頁）またはスチレン誘導体（米国特許第５，４３０，５６５号）である。それはまた、プレイミド化ポリアミドまたは液晶ポリマー（Ｈ．Ｍｏｒｉら、Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＳＩＤ９７，Ｍ８８）であり得る。これらの参考文献は、本明細書中にその全体が援用される。
【０１８７】
逆平行ネマチック半波リターダー光学軸に平行に配向した負の複屈折１軸性面内半波リターダーフィルムは、その分散が一致する限り、正味ゼロのリターダンスを与える。さらに、この化合物構造は、非常に大きな入射角および全ての方位に対してゼロリターダンスを維持する。従って、この非駆動状態は、入射角に対して幾らかの感受性を有する半波リターダーから、入射角に実質的に感受性のないゼロリターダンスへ変換される。このことは、フィルタリング動作に関する非駆動状態の品質に対して所望の優先権を与える。
【０１８８】
この配置を使用すると、フィルタリング状態のステージにより確立されたカラーコーディネートは、他のステージにより生成した白色状態の品質によって、わずかに影響されるのみである。カラーコーディネートをシフトさせ得るのは、３原色バンド内の白色状態のクロミナンスのみである。リターダンスはそのバンドの中心での半波リターダンスからシフトするのでこの効果は３原色の透過性をおもに低下させることである。このシフトは、そのフィルムからのゼロ次面内半波リターダンスに加えて、駆動状態の比較的乏しいＦＯＶにより高められる。殆どの場合、効率の関連ロスは、色シフトよりも非常に問題が少ない。
【０１８９】
図３３は、ＳＯ加法原色設計を利用する広視野４偏光子ＲＧＢ ＣＳＬＭを示す。このＣＳＬＭは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を備える。
【０１９０】
（ＣＳＬＭ材料）
（Ａ）リターダースタック リターダースタックは、原則として、直交偏光への異なる光路長を付与する任意の透明材料から構成され得る。色生成のための典型的な範囲は、可視リターダンスの０．５〜２．５波である。他の望ましい特性として、低価格、大面積、均一性、薄型、ならびに高照度および厳しい環境下での耐久性が挙げられる。有力な直線リターダー技術として、複屈折型構造、結晶性リターダー、延伸ポリマーリターダーシートおよび液晶ポリマーフィルムが挙げられる。
【０１９１】
複屈折型デバイスは、波長より小さいフィーチャーを有する規則的な構造に基づいている。例えば、十分に高い空間周波数を有する格子は、ゼロ次からの光を回折せず、そして溝に対して平行および垂直な異なる光路長を有する。
【０１９２】
石英、雲母、方解石のような従来の結晶性リターダー材料は、ポリマーフィルムで可能であるよりもさらに高い解像度を要する適用によく適している。それらはまた、低波面歪曲および／または高出力取り扱い要件が必要である適用に有用である。それらはポリマーリターダーよりもさらに高価であり、特に低リターダンスが要求される場合、大面積には向かない。
【０１９３】
ポリマーは、化学的反応により形成される繰り返し構造単位からなる化学的化合物または化合物の混合物であり、２個以上の小分子が結合してより大きな分子を形成する。リターダーは配向性有機ポリマーのシートを使用して形成され得る。ポリマー膜を高温で一方向性または二方向性に延伸することにより、直線複屈折が誘起され得る。ポリビニルアルコールまたはポリカーボネートのようなほとんどの材料に関して、屈折率は延伸の方向で増加し、典型的には正の面内一軸リターダーを形成する。ポリスチレンおよびスチレン誘導体のような材料は、米国特許第５，４３０，５６５号に記載されているように、延伸後、負の面内複屈折を与え、これは本明細書中でその全体が参考として援用される。そのような材料は、広視野角ＣＳＬＭ構造を生成するために有用である。オフノーマル視野角を有する固定リタデーションを示すリタデーションフィルムは、二つの技術、二軸延伸またはリターダー化合物、の１つを使用して生成される。正の一軸性フィルムと、これと交差された等しいリタデーションの負の一軸性フィルムとの組み合わせは、米国特許第５，１３８，４７４号に記載されるような、等方性、角度非感受性リターダンスを有する複合リターダーとなり、これは本明細書中でその全体が参考として援用される。
【０１９４】
代替として、広視野角を有する単一層二軸性フィルムは、米国特許第５，２４５，４５６号、米国特許第５，４７２，５３８号および米国特許第５，５５９，６１８号に記載されるような、ｘおよびｚ両方に沿った延伸を使用して製造され得、これらは全て、本明細書中でその全体が参考として援用される。そのような延伸は、これらの面内屈折率の間で、実質的に中間となるｚ方向屈折率を有する二軸性フィルムを生成し得る。この単一フィルムは多分に、大きい等方性視野角を提供する際に２層フィルムのような挙動を示す。
【０１９５】
延伸ポリマーフィルムは、独特の複屈折分散特性を有する種々の材料を使用して、典型的には０〜２，０００ｎｍの任意のリターダンスで入手できる。大きなシートが低コストで購入され得、大きく透明な開口部フィルタを可能とする。ポリカーボネートは、ディスプレイ用途のために最も一般的な材料であり、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ、ＳｕｍｉｔｏｍｏおよびＳａｎｒｉｔｚのような供給メーカーから入手できる。ポリビニルアルコールのような他の材料が、Ｐｏｌａｒｏｉｄ、Ｐｏｌａｒｖｉｓｉｏｎ Ｉｎｃ．およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒから購入され得る。ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｐｈｏｎｅ）およびポリアリレートフィルムのような高分散性材料が、Ｎｉｔｔｏ ＤｅｎｋｏおよびＳｕｍｉｔｏｍｏから入手できる。幾つかの他のポリマー材料が、スタックを生成するのに潜在的に有用であり、これらにはマイラー、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ｔｅｒａｐｔｈａｌａｔｅ）、トリアセテート（トリ−ブチル−アセテート）、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリメチルメタクリレートが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１９６】
上記のように、カラーフィルターアレイに関しては、空間パターン化ＣＳＬＭ構造が、空間パターン化ポリマーリターダーを使用して実装され得る。この場合、空間パターン化リタデーションを有するフィルムは、活性ＬＣ素子と交換されるか、または活性ＬＣ素子と協調して作動する。そのようなパターン化リターダーフィルムは、等方性ポリマーフィルムに局所的な応力を加えることにより製造され得る。半波リターダーストライプは、フィルムに局所的な応力を加えることにより、等方性基板にパターン化され得る。
【０１９７】
液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、液晶モノマーが、その主鎖（骨格）に沿ってまたは側鎖単位として、マクロ分子構造に組み込まれている種類のポリマーである。ＬＣＰは、機械的にこすられた表面をせん断加工するか、または光学的手段により配列され得る。光学的方法は、ポリマー配列層に、線状光重合可能（ＬＰＰ）フィルムまたはアゾベース色素のいずれかを第一に適用する工程を含む。
【０１９８】
ＬＰＰフィルムが使用される場合（Ｓｃｈａｄｔら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４巻、３２４０〜３２４９頁、１９９５を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）、このＬＰＰ材料が基板上に堆積され、次いで高温で硬化される。この硬化されたフィルムは次いで、偏光ＵＶ光に当てられる。ＬＣＰが次いで、同一基板上にスパンオン（ｓｐｕｎ−ｏｎ）またはコーティングされ、そしてＬＰＰフィルムの配向性で配列される。このＬＣＰは次いで、非偏光ＵＶ光に暴露することにより架橋される。
【０１９９】
アゾベース色素が使用される場合（Ｓｈａｎｎｏｎら、Ｎａｔｕｒｅ、３６８巻、５３２〜５３３頁、１９９４を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）、アゾ色素分子がポリミド（ｐｏｌｙｍｉｄｅ）配向層（単数または複数）にインターカレートされ、これは種々の基板（例えば、ガラス、シリコンなど）上に堆積される。液晶モノマーまたはポリマーは、一つの基板上に堆積されるか、または２つの基板の間にはさまれるかのいずれかである。このＬＣ分子配向ベクトルは、以前に配向層に照射した偏光ＵＶ光の方向と垂直な方向に向く。その後の露光はこの液晶を再配向させ、これは幾つかの適用には不利であり得る。
【０２００】
液晶ポリマーフィルム、特にＵＶ架橋性ポリマーネマティックリターダーは、リターダースタックを形成するのに特に適している。この材料は延伸材料に比べて高複屈折を有し得るので、１つの魅力的な特徴は薄型リターダーを生成する能力である。このことは、偏光子基板のような単一基板に多層リターダースタックの低コストでの製造を可能とし得る。このフィルムは任意の角度でパターン化され得るので、角度をなして延伸ポリマーフィルムを切断する場合のように、無駄がない。各ＬＣＰ層はこの前の層に本質的に結合され得、感圧接着剤を各層に適応する必要性を回避する。さらに、各ＬＣＰ層のリタデーションは任意であるので、ＬＣＰは複素インパルス応答リターダースタックの形成に貢献する。そのような性能が自由度を増加させ、このことはより大きな設計の選択肢となる。逆に、延伸ポリマーフィルムを使用する場合、各リターダースタックにおける固有のリタデーション値の数を最小化するための重要なコスト的圧力がある。
【０２０１】
上記リターダースタックは好ましくは、特定の配向およびリターダンス値を有する不連続のリターダー層を包含する。しかしながら、連続的なリターダー「スタック」または構造が、ねじれ構造を有するＬＣＰ層を使用して製造され得る。従って、このリターダースタックは、不連続な数の独立ゼロねじれ（直線）リターダーに限定されない。フィルムの厚さ、複屈折、および各表面の境界での分子の配向を選択することにより、フィルムは連続的なリターダー構造に自己集合する。薄型ガラス状フィルムは、ＬＣＰ材料を使用して基板上に形成され得る。そのようなフィルムは、大多数の非常に薄型の独立直線リターダーと同等であるが、独立リターダー層を物理的に積み重ねる必要性は回避する。他の色選択肢が、ねじれＬＣＰ層、またはねじれおよびゼロねじれＬＣＰ層を積み重ねることにより入手できる。従って、リターダースタックが、「独立リターダー」から作製されるものとして本明細書中で記載される場合、これは、不連続リターダー層の使用、または等価な連続リターダースタックもしくは構造の使用のいずれかのことを言うと理解されるべきである。
【０２０２】
現在入手できるＬＣＰ材料は、正の異方性を有する。広視野角ＬＣＰを生成するためには、二軸性リターダーが必要である。単一フィルムは、真の二軸性ＬＣＰを必要とする（Ｐ．Ｂｌａｄｏｎら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２５、４３２９（１９９２）を参照のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。１つの代替は、正および負の複屈折ＬＣＰを含む二層化合物リターダーである。さらに別の代替は、光配列ＬＣＰで達成可能な面外チルトを利用することである。等しくかつ反対の面外チルト角を有する二つの同一の平行配向ＬＣＰフィルムを提供することにより、化合物リターダーは、このチルト角で制御される視野角で形成される。およそ３４度で、リタデーションのオフノーマル依存性が作られて光軸を含む面で消失し得る。
【０２０３】
ＬＣＰは光配列され得るので、面内および表面に垂直の両方の空間的に変化する配向が、光パターン化により達成し得る。これは、標準的なリトグラフの技術を使用してなされる。そのような、ＣＳＬＭ構造の空間パターン化バージョンが生成され得、これはカラーフィルターアレイとして挙動する。ここで、ＣＳＬＭの活性モジュレータが、局所的に透過カラーを決定する空間パターン化ＬＣＰリターダーにより交換される。さらに、空間スイッチおよび活性スイッチ層の両方を使用するハイブリッド構造が組み込まれ得る。１つの実施態様では、固定空間パターンの間の変調が非パターン化電極を有するＬＣモジュレータデバイスを使用して達成され得るように、パターン化リターダーが活性モジュレータと直列で使用される。
【０２０４】
他のＬＣＰ材料が、リターダースタック材料としてまたは視野角を増加させるためのいずれかで、潜在的に有用である。ＦｕｊｉおよびＮｉｐｐｏｎ Ｏｉｌ Ｃａｍｐａｎｙから得られるディスコティック（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）ＬＣＰは、ＣＴＡ基板で製造される負の複屈折材料であり（Ｈ．Ｍｏｒｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６，１０６８，（１９９７）を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。ディスコティックＬＣＰのいくつかは、その光軸が、活性モジュレータのものに近いスプレー配向を有するという独特な特性を備える。このことは、例えば、ＴＮデバイスの選択状態を補正するのに非常に有用である。
【０２０５】
視野角を増加させる他の有用な材料は、ｚ軸に沿って配向した光軸を有する負の複屈折フィルムである。例えば、典型的なヨウ素ディスプレイ偏光子のセルローストリアセテート（ｔｒｉａｃｉｔａｔｅ）（ＣＴＡ）基板は、偏光子のいずれかの側の基板に対して垂直な４０〜７０ｎｍのリターダンスを有する。より大きなリターダンスは、ポリカーボネート（Ｎｉｔｔｏ ＤｅｎｋｏおよびＳｕｍｉｔｏｍｏ）のようなポリマーの二軸性延伸により得られ得る。典型的には、そのようなフィルムは、小さな正の面内リタデーションを示す。プリイミド化（ｐｒｅｉｍｉｄｉｚｅｄ）ポリアミドのような他の材料は、基板に対して垂直な光軸と整列する負の複屈折材料であり、ゼロ面内リターダンスを与える。
【０２０６】
負の複屈折フィルムの複数のフィルムは組み合わされて複合構造を形成し得、これはＬＣモジュレータの１つの状態を十分に補正し得る。好ましいＬＣモジュレータ（例えば、パイセル）は、受動構造が選択および非選択状態の両方の視野角を向上させるものである。しかしながら、補正はしばしば、１つの状態の視野を向上させると他方を犠牲にする。このことは、最も大きな視野角を提供する状態がフィルターに通した状態に割り当てられ得るので、ＣＳＬＭ構造の１つの利点を表す。従って、その折衷状態はニュートラル状態であり、これはカラーコーディネートにほとんど影響を与えないように作られる。
【０２０７】
（Ｂ）偏光子 記載され、示された実施態様では、ＣＳＬＭは、直線偏光子と共に例示されている。一般に、それらは、直線、円形または楕円の偏光子であり得る。それらは、ニュートラルでありえるか、または波長依存偏光を利用しうる。偏光子材料は多数の形態で入手でき、その選択は適用の必要条件に依存する。適切な偏光子には、吸収ベース偏光子（例えば、結晶二色性、色素またはヨウ素の長鎖分子および配向金属粒子（Ｐｏｌａｒｃｏｒ製品、Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．）、ポリマー多層偏光子（例えば、ＤＢＥＦ製品、３Ｍ，Ｉｎｃ．）、複屈折性偏光子（例えば、方解石または石英ベースのＡｈｒｅｎｓ，Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ，Ｒｏｃｈｏｎ，ＮｉｃｏｌまたはＧｌａｎ偏光子）、粗表面を使用する散乱偏光子（Ｙａｍａｇｕｔｉ）またはポリマーマトリクスのＬＣ、反射（例えば、コレステリックＬＣ、４５度の多層プリズム、被覆プリズム）および周期的構造（例えば、被覆格子、スリット、線、あるいは配向銀または銅粒子（Ｐｏｌａｒｃｏｒ製品，Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．））が挙げられる。
【０２０８】
二色性シート偏光子は、薄型、低コスト、大面積であり、容易に一体化され、そして大アングルで良好に機能する。高効率ヨウ素偏光子（例えば、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ ＥＧ１２２５）は、低出力の用途に適している。投射用の耐久高輝度偏光子フィルムは典型的には、減少したスループット（８４％）を有する色素材料（例えば、ＰｏｌａｔｅｃｈｎｏおよびＰｏｌａｒｏｉｄ ＫＥ製品）ベースである。垂直入射に関して、この偏光子密度は、リターダースタックからのサイドローブ漏出に基づいて理論的に可能であるよりも劇的に高い必要はない。そのような密度は、偏光子の技術が許す場合には、増加したスループットに交換され得る。
【０２０９】
広視野角の適用には、偏光子ＦＯＶが考慮されなければならない。偏光軸に関して±π／４方位角の光漏出が、最も顕著である。幾何学的効果のため、交差偏光子は、非垂直入射でこれらの方位角に交差されて見えなくなる。さらに、リターダンス基板は、密度の減少に貢献し得る。これらの考慮に基づいて、ＨＮ２２（Ｐｏｌａｒｏｉｄ）（これは、高密度を示し、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）基板を使用する）のような偏光子が、大入射角のために好ましい。幾何学的効果およびリターダンス基板効果を補正する方法がまた、実行され得る（Ｊ．Ｃｈｅｎら，ＳＩＤ '９８Ｄｉｇｅｓｔ，３１５〜３１８を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。
【０２１０】
（Ｃ）製造方法および技術 ＣＳＬＭ構造は、当該産業にとって標準である技術を使用して製造され得る。液晶セル（偏光モジュレータ）は好ましくは、フロートガラスまたはホウケイ酸ガラスパネルを使用して製造されるが、プラスティックセルがまた、適切である。Ｃｏｒｎｉｎｇ７０５９のようなボロケイ酸は、特定のフロートガラスよりもさらに高い透過性を提供する。このガラスは、液晶をアドレッシングするための透明導線で被覆される。良好な導線はインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）であり、典型的には１００〜１，０００Ω／ｃｍ2の抵抗率を有する。このガラスとこのＩＴＯの間をオキシドフィルムで被覆することにより（例えば、Ｔａ2Ｏ5／ＭｇＦ2／ＩＴＯ）、反射損失が最小化され得る。そうすることで、変調透過性は、数％増加され得、しばしば９９％より高い透過率をもたらす。
【０２１１】
配向層は、ＬＣフィルムを配向するため透明導線上に被覆される。標準的な材料は、ポリアミド（例えば、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製のもの）であるが、光配向材料（ＬＰＰ）がまた使用され得る。前者は処理後、機械的にこすられるが、後者はＵＶ光に露光される。
【０２１２】
接着性ガスケットが、セルの全周の周りを、典型的には０．５〜１．５ｍｍの幅で施されるかまたはスクリーンプリントされ、小さなフィルホールを残す。ガラス基板は対にされ、接着剤はＵＶ光、温度または両者を連続して使用して圧力下で硬化される。ガラスのロッド、球、または可撓性ポリマーボールのスペーサーが、導線間の間隔を決定するため使用される。スペーサー密度のための要件は、均一性要件、ガラス厚／平面度、開口部サイズおよび液晶ＥＯ効果に依存する。その後、このパネルは、充填のためスティックに分断される。液晶材料が導線間の隙間に埋め戻され（ｂａｃｋ−ｆｉｌｌｅｄ）、使用された表面処理に従って配向する。ある場合には、充填された部分は、均一性を向上させるため後処理工程を経る。フィルホールは次いで、接着剤を使用して封止される。コンタクトが、ＩＴＯに対して１または２端（交差点が使用されるかどうかに依存して）に沿ってなされる。導線は典型的には、ピンまたははんだ付けワイヤである。
【０２１３】
好ましいリターダースタックは、二軸性ポリカーボネートフィルムおよび（必要であれば）ニュートラル偏光子フィルムから構成される。典型的には、業者は偏光子およびリターダー材料の両方を供給し、従って完全なリターダースタックを組み立てることができる。感圧接着剤（ＰＳＡ）を使用して、完全なリターダースタックが単一ユニットに共に重ね合わされ得、これは偏光子に保護層、そしてリターダーＰＳＡにリリースシートが供給される。このリターダースタックはまた、適切な製品サイズに打ち抜かれて供給され得る。
【０２１４】
リターダースタックは、ＰＳＡを使用してＬＣモジュレータの外部表面に適用され得、単層ＣＳＬＭステージを形成する。多層ＣＳＬＭは、標準的な材料を使用してこれらの層を接合することにより製造され得る。これらには、ＵＶ、熱、圧力硬化性エポキシ、ＲＴＶ、および埋め戻しインデックス適合材料と共に接着性ガスケット材料が挙げられる。プラスティックＬＣデバイスがこのモジュレータに使用される場合、全体のＣＳＬＭは、ＰＳＡを用いた層積技術を使用して製造され得る。この集合ユニットの波面歪曲は、外部ポリマー表面の組成により解決され得る。この問題は、外部ポリマー表面上にガラスエンドキャップ（ｅｎｄ−ｃａｐ）を接合することによりかなり軽減される。さらに、透過性が、反射防止コーティングされているエンドキャップを使用することにより、向上され得る。
【０２１５】
リターダースタックにおける透過性損失は、いつくかの損失機構の結果である。典型的には、リターダースタックは、いくつかのポリカーボネートシートから構成され、これらの間にアクリルベースＰＳＡを有する。従って、損失は、材料の吸収およびランダム散乱、ならびに各ＰＳＡとポリカーボネート層の間の境界面での反射の結果である。ＰＳＡ材料は、しばしばポリカーボネートよりもかなり小さい屈折率を有するので、各ＰＳＡとポリカーボネート層の間の境界面での反射が典型的には優勢である。従って、透過性を増加させる方法は、表面反射の排除に集中する。表面反射を排除する１つの方法は、ポリカーボネートの屈折率により良くマッチしているＰＳＡを使用することである。別の方法は、化学結合を使用することである。化学結合では、ポリカーボネートシートは、適切な溶媒を使用して、一緒に溶接（ｗｅｌｄ）される。例えば、塩化メチレンに溶解されたポリカーボネートは、インデックス適合材料を提供する。
【０２１６】
（カラーディスプレイモード）
上記のように、一般にカラーディスプレイを実装する以下の４つの方式が存在する：（１）空間式；（２）シーケンシャル；（３）分割経路；および（４）共通経路。ＣＳＬＭは、シーケンシャル構成のカラーシーケンサーとして純粋に使用され得、または共通経路ディスプレイをスタックパネル構成で実装して使用され得る。さらに、ＣＳＬＭデバイスをディスプレイに使用し、任意の上記に列記した４つの色生成技術を組み合わせるハイブリッド構成が実装され得る。
【０２１７】
本発明のシステムの種々の配置は、特定の設計基準を満たすため、いくつかの基本的エレメントを種々の方式で組み合わせることにより産み出される。図３４Ａ〜３４Ｄは、これらの基本的なエレメントのいくつかを示す。図３４Ａは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、例えば、ディスプレイステージ（例えば、上記の透過性または反射型ＣＳＬＭディスプレイ）のようなピクセルステージを表す。このピクセルステージは、リターダースタックおよび／または偏光子を含み得る。簡素化のため、「ディスプレイ」という用語は、１つのピクセルステージにあるピクセル化活性デバイスのことを言う一般的用語として使用される。図３４Ｂは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、非ピクセルステージ（例えば、上記の非ピクセルＣＳＬＭのような）を表す。この非ピクセルステージは、リターダースタックおよび／または偏光子を含み得る。図３４Ｃは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、光スプリッターを表す。図３４Ｄは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、光コンバイナー（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）を表す。スプリッターまたはコンバイナーは、適切なビームスプリッターまたはコンバイナー（例えば、偏光ビームスプリッターまたはコンバイナー、あるいはいくつかの場合には二色性ビームスプリッターまたはコンバイナーのような）であり得る。
【０２１８】
種々の多数のピクセルおよび非ピクセルステージが、連続しておよび／または平行で配置され得る。さらに、各ディスプレイは、システム出力の一成分のみ（例えば、色成分）を表示するため作動され得るか、システム出力の複数成分を表示するため順次、作動され得る。しかしながら、順次、作動されるディスプレイは、システム出力の一成分のみを表示するため駆動されるよりも、さらに速い速度で駆動されなければならない。また、透過型ディスプレイおよび／または反射型ディスプレイは、可能な配置の数をさらに増加させるため使用され得る。
【０２１９】
簡素化のため、図３５〜４４は、カラー画像を生成する例を使用して記載される。図３５〜４０、４２および４４は、３成分を有する出力を生成するシステムを示し、図４１Ａ〜４１Ｅおよび４３は、４成分を有する出力を生成するシステムを示す。
【０２２０】
最初に図３５〜３７が、図式的な図３８Ｂに示したシステムの３つの例示的な実施態様として記載される。
【０２２１】
図３５は、一方の経路で１つの透過型ピクセルステージおよび他方の経路で２つの透過型ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４７７０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、画像の１成分を生成する透過型ピクセルステージ４７４０を有する。下部経路は、スプリッター４７７０により透過型ピクセルステージ４７５０および透過型ピクセルステージ４７６０を通るように向けられる。下部経路は、画像の２成分を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４７８０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２２】
図３６は、一方の経路で反射型ピクセルステージ、ならびに他方の経路で非ピクセルステージおよび反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４８２０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、反射体４８３０により反射型ピクセルステージ４７９０を通るように向けられ、画像の１成分を生成する。下部経路は、反射体４８４０により非ピクセルステージ４８００および反射型ピクセルステージ４８１０を通るように向けられ、画像の２成分を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４８５０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２３】
図３７は、一方の経路で透過型ピクセルステージおよび他方の経路で反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４６８０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、画像の１成分（図３５の上部経路と同様に）を生成する透過型ピクセルステージ４６９０を有する。下部経路は、反射体４７００により非ピクセルステージ４７１０および反射型ピクセルステージ４７２０を通るように向けられる。この下部経路は画像の２成分（図３６の下部経路と同様に）を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４７３０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２４】
図３８Ａ〜４１Ｅは、本発明のシステムの可能な配置のいくつかを示す模式的な図である。図３４Ａに示したように、図３８Ａ〜４１Ｅに示したピクセルステージは、透過型または反射型ピクセルステージであり得る。さらに、透過型ピクセルステージは、ピクセル化デバイスの片側もしくは両側にリターダーおよび／または偏光子を有し得る。
【０２２５】
図３８Ａ〜３８Ｃは、３つのピクセルステージを有するシステムを示す。図３８Ａは、共通経路に配置された３つのピクセルステージ４０１０、４０２０および４０３０を示す。このピクセルステージ４０１０、４０２０および４０３０の各々は、出力画像の異なる成分（例えば、赤色、緑色または青色）を生成する。
【０２２６】
図３８Ｂは、一方の経路に１つのピクセルステージ４０４０ならびに他方の経路に２つのピクセルステージ４０５０および４０６０を有する分割経路システムを示す。共通光源は、光が両経路にそって同時に透過するように、スプリッター４０７０により分けられる。上部経路により生成された１成分および下部経路により生成された２成分は、コンバイナー４０８０で結合されて出力画像を生成する。単一の光源およびスプリッター４０７０が図３８Ｂでは示されているが、多数の光源が代替に使用され得るということが注目される。
【０２２７】
図３８Ｃは、分割経路システムの別の例を示す。図３８Ｃでは、光源はスプリッター４１２０により３つの経路に分けられ、各経路は１つのピクセルステージ４０９０、４１００および４１１０を有する。各経路により生成された単一成分は、コンバイナー４１３０により結合されて出力画像を生成する。
【０２２８】
図３９Ａおよび３９Ｂは、２つのピクセルステージを有するシステムを示す。図３９Ａは、２つのピクセルステージのみを使用して画像の３成分を処理する共通経路システムを示す。図３９Ａで示した配置では、ピクセルステージ４１４０は出力画像の１成分を処理し得、そして出力画像の他の２成分はピクセルステージ４１５０により処理され得る。ピクセルステージ４１５０のディスプレイは、ピクセルステージ４１４０により生成されない画像の２成分を生成するように順次、作動される。非ピクセルステージ４１６０のリターダースタックは、ピクセルステージ４１５０のディスプレイの順次作動と関連して切り替えられる。代替として、ピクセルステージ４１４０および非ピクセルステージ４１６０の位置は交換され得る。
【０２２９】
図３９Ｂは、下部経路のピクセルステージの１つが非ピクセルステージ４１８０で交換される以外は図３８Ｂと同様な分割経路システムを示す。図３９Ｂでは、光源はスプリッター４２００により２つの経路に分けられる。上部経路はピクセルステージ４１７０を透過し、そして下部経路は非ピクセルステージ４１８０およびピクセルステージ４１９０を透過する。上部および下部経路は次いで、コンバイナー４２１０により結合される。この配置では、ピクセルステージ４１９０は、下部経路が出力画像の２成分を生成するように順次、作動され得る。
【０２３０】
図４０は、１つのピクセルステージを有するシステムを示す。図４０は、１つのピクセルステージおよび２つの非ピクセルステージを使用する共通経路システムを示す。このシステムでは、ピクセルステージ４２４０のディスプレイは、順次、作動されて、出力画像の３つの全ての成分を生成する。非ピクセルステージ４２２０および４２３０のリターダースタックのスイッチングは、ピクセルステージ４２４０のディスプレイの順次作動と協調される。
【０２３１】
図４１Ａ〜４１Ｅは、４成分を有する出力を生成するシステムの例を示す。そのようなシステムの１つの適用は、図３８Ａ〜４０に示した３成分システムに４番目の成分（白色成分のような）を加えることである。システムの大多数の可能な配置は４成分を有する出力を生成するので、図４１Ａ〜４１Ｅは、順次作動されない４つのピクセルステージを使用する例のみを示す。図４１Ａ〜４１Ｅに示した例は、例えば、図３９Ａ〜４０に示した方法により改変され得るということに注意すべきである。
【０２３２】
図４１Ａは、４つのピクセルステージ４２５０、４２６０、４２７０および４２８０を有する共通経路システムを示す。図４１Ｂは、光源がスプリッター４３４０により上部経路および下部経路に分けられる分割経路システムを示す。上部経路は２つのピクセルステージ４２９０および４３００を有し、そして下部経路は２つのピクセルステージ４３１０および４３２０を有する。上部および下部経路は次いで、コンバイナー４３５０により出力画像に結合される。図４１Ｃは、光源がスプリッター４４００により上部経路および下部経路に分けられる分割経路システムを示す。上部経路は３つのピクセルステージ４３６０、４３７０および４３８０を有し、そして下部経路は単一のピクセルステージ４３９０を有する。上部および下部経路は、コンバイナー４４１０により結合されて出力画像を生成する。図４１Ｄは、光源がスプリッター４４６０により３つの経路に分けられる分割経路システムを示す。第一経路は単一のピクセルステージ４４２０を有し、第二経路は単一のピクセルステージ４４３０を有し、そして第三経路は２つのピクセルステージ４４４０および４４５０を有する。これら３つの経路は次いで、コンバイナー４４７０により結合されて出力画像を生成する。図４１Ｅは、光源がスプリッター４５２０により４つの経路に分けられる分割経路システムを示す。これら４つの経路の各々は、単一のピクセルステージ４４８０、４４９０、４５００および４５１０を有する。これら４つの経路は次いで、コンバイナー４５３０により出力画像に結合される。
【０２３３】
図４２〜４４は、本発明のシステム配置のいくつかの他の例を示す。図４２は、図式的な図３８Ｃに示した分割経路システムの例として３つの反射型ピクセルステージを有するシステムを示す。光源は反射体４５４０を透過し、次いでスプリッター／コンバイナー４５５０により３つの経路に分けられる。各経路に、反射型ピクセルステージ４５６０、４５７０、４５８０が配置される。各反射型ピクセルステージ４５６０、４５７０および４５８０は、出力画像の成分（この例では３つ）の１つを生成する。これら３成分は次いで、スプリッター／コンバイナー４５５０に戻って透過し、ここで、これらは出力画像に結合される。出力画像は次いで、必要であれば反射体４５４０により反射され得る。
【０２３４】
図４３は、２つの非ピクセルステージと関連した２つの反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター／コンバイナー４５９０により２つの経路に分けられる。各経路は、非ピクセルステージ４６００、４６２０および反射型ピクセルステージ４６１０、４６３０を有する。図４３のこれら経路の各々は、図３６に示した下部経路と同様に作動する。結果として、図４３に示したシステムは、４成分（各経路により生成された２つ）を有する画像を生成し得る。２つの経路の各々により生成された２つの成分は、スプリッター／コンバイナー４５９０で結合されて出力画像を生成する。
【０２３５】
図４４は、単一の反射型ピクセルステージおよび２つの非ピクセルステージを使用する共通経路システムを示す。図４４のシステムは、図４０に示したシステムの例であり、反射型ピクセルステージ４６７０を使用する。光源は、反射体４６４０、非ピクセルステージ４６５０および４６６０、反射型ピクセルステージ４６７０を透過し、非ピクセルステージ４６５０および４６６０を通って戻り、次いで、必要であれば反射体４６４０により反射される。非ピクセルステージ４６５０および４６６０のスイッチングと、反射型ピクセルステージ４６７０のディスプレイの配列（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）とを協調させることにより、３成分を有する出力が図４４のシステムにより生成され得る。
【０２３６】
図３５〜４４は、本発明において可能な多くの組み合わせのごく一部の例である。３または４成分を有する画像が例として使用されたが、任意の数の成分を有する画像が生成され得る。さらに、４より多くの経路を有す分割経路システムがまた、使用され得る。さらに、可視画像が例として使用されたが、可視範囲外の周波数を有する波がまた、本発明のシステムにおいて、例えば、通信の目的として使用され得る。また、このピクセルステージは、アナログまたはバイナリーであり得る。
【０２３７】
図４５は、共通経路またはシーケンシャル能力のいずれかでＣＳＬＭ技術を利用し得るディスプレイ種類の１８例を列記する表である。２つ以下のディスプレイパネルを使用する場合、フルカラーを表示するためには、空間式、シーケンシャルまたは両方に頼ることが必要となる。ディスプレイの数が３つ以上である場合、空間式またはシーケンシャル技術を使用することは、なお可能ではあるが、必要でない。多くのそのような例は、従ってこの表から省略される。
（Ａ）シーケンシャルカラーディスプレイ フルカラーシーケンシャルディスプレイ（図４５の設計♯２）は、単一イメージエンジンを使用し、３倍複合システムフレームレートで作動し、三色照明で同調発光されて実装される。
【０２３８】
図４６は、透過型液晶ディスプレイを実装しそして本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラーシーケンシャルディスプレイを示す。このシーケンシャルディスプレイは、光源１５００、二偏光子ＣＳＬＭカラーシケンサー１５５０、透過型ピクセル液晶ディスプレイ１５６０、偏光子１５７０、投射レンズ１５８０およびディスプレイスクリーン１５９０を包含する。
【０２３９】
この光源１５００は適切にはハロゲン化金属ランプであり、好ましくは３つ全ての３原色バンドで光出力を発する。あるいは、この光源１５００は、活性ランプシステムまたはランプ／カラーホイールの組み合わせを備え得る。
【０２４０】
例示的目的のための、この二偏光子ＣＳＬＭカラーシケンサー１５５０は、図１８で示した種類である。このＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は、入力偏光子１４５０、青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０を包含する。
【０２４１】
青色ステージ１４２０は、第一リターダースタック１４７０、ＬＣモジュレータ１４８０および第二リターダースタック１４９０を包含する。緑色ステージ１４３０は、第一リターダースタック１５０５、ＬＣモジュレータ１５１０および第二リターダースタック１５２０を包含する。赤色ステージ１４４０は、第一リターダースタック１５３０、ＬＣモジュレータ１５４０および第二リターダースタック１５５０を包含する。入力偏光子１４５０および出力偏光子１４６０は交差される。
【０２４２】
動作上、光源１５００およびシーケンサー１５５０は、液晶ディスプレイ１５６０を赤色、緑色および青色光で順次、照らす。この液晶ディスプレイ１５６０は、光源１５００およびカラーシーケンサー１５５０からの赤色、緑色および青色照明と同調した赤色、緑色および青色画像情報で順次、駆動される。この液晶ディスプレイ１５６０は偏光子１５７０と共同してこの光の強度を変調し、これは画像情報に従ってスクリーン１５９０に送られる。図２４のフルカラーシーケンシャルディスプレイは、前面投射ディスプレイ（これでは、スクリーン１５９０は投射オプティクスと同じ側から見られる）または後面投射ディスプレイ（これでは、スクリーン１５９０は投射オプティクスと反対側から見られる）として実装され得る。
【０２４３】
図４７は、反射型液晶ディスプレイを使用し、そして本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラーシーケンシャルディスプレイを示す。図４７のディスプレイは、透過型液晶ディスプレイの代わりに反射型液晶ディスプレイ１６００が使用される以外は図４６に示したディスプレイと同様である。この配置では、偏光ビームスプリッター１６１０が、ＣＳＬＭカラーシーケンサーのための出力偏光子および反射型液晶ディスプレイ１６００のための入力／出力偏光子、の双方として使用される。従って、偏光ビームスプリッター１６１０は、その偏光が入力偏光子１４５０の偏光軸に関して交差される光を偏光する。動作上、青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０を通って透過する光は、偏光ビームスプリッター１６１０により反射型液晶ディスプレイ１６００へと反射される。反射型液晶ディスプレイ１６００偏光は、画像情報に従って光を変調し、そしてこの変調された偏光を偏光ビームスプリッター１６１０へと反射し返す。偏光ビームスプリッター１６１０は、液晶ディスプレイ１６００から反射される光の成分（これは、この偏光ビームスプリッター１６１０から液晶ディスプレイ１６００に向って反射された光に関して直交偏光されている）を透過させる。従って、画像情報は、スクリーン１５９０上に表示される。
【０２４４】
上記のように、他のタイプの照射システムを、図４６および図４７のディスプレイにおける光源１５００の代わりに用い得る。例えば、ランプまたは発光ダイオードがパッケージされ得、これらが連続した純の色の連続供給源として機能する。３ランプシステムにおいては、遅延の早い赤色および緑色の燐光を得ることが困難である。１つの解決法は、ＯＣＢモードディスプレイにおいて要されるように、フレーム間での色のクロストークを排除する目的で、本発明のＣＳＬＭとの組み合わせにおいて、ランプシステムを使用することである。
【０２４５】
図４６および図４７に示すディスプレイにおいては、ＣＳＬＭカラーシーケンサーが、光源１５００と液晶ディスプレイ（図４６における１５６０および図４７における１６００）との間に位置する。しかし、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は、このディスプレイシステム内の他の位置に位置され得る。ただし、それが出力（すなわち、スクリーン１５９０）における照射色を効果的に制御する。デジタルカラーシーケンサーを光源１５００と液晶ディスプレイ１５６０または１６００との間に配置することによって、スクリーン１５９０における画像は、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０により引き起こされるいかなる波面歪曲に対しても、感受性ではない。
【０２４６】
ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０が図２７および図２８に示されるように位置するときに、操作電源が比較的高い場合においても、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は比較的小さく作製され得る。ＵＶおよびＩＲフィルター（図示せず）が、好ましくは光源１５００とＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０との間に挿入される。
【０２４７】
ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０の代替の配置は、液晶ディスプレイ１５６０または１６００と投影レンズ１５８０との間、および、投影レンズ１５８０とビューイングスクリーン１５９０との間である。ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０が投影レンズ１５８０とビューイングスクリーン１５９０との間に配置されるならば、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は比較的大きな透明開口および低い波面歪曲を有さなければならない。さらに、この配置はこのＣＳＬＭカラーシーケンサーの電力操作の要求を減少させる。
【０２４８】
高フレーム速度システムについては、ＬＣディスプレイ１５６０または１６００は、ＴＦＴよりむしろ、好ましくはシリコンベースのディスプレイである。典型的な反射型ＬＣＤは、固体ＩＴＯ電極により被覆したガラス基板の間の、強誘電性ＬＣまたはさまざまなネマチックＬＣモード、およびシリコン基板上の反射性活性マトリクス構造体を、一体化する。このようなシステムにおいては、ＣＣＳ１５５０の検光偏光子はＬＣＤパネルへの入力偏光子として作用し得、逆もまたそうである。オフノーマル照射を使用するシステム（デジタルマイクロミラー装置のような）においては、このシーケンサーは、このシステムの照射アームまたは投影アームのいずれかに配置され得る。しかし、逆反射の配置においては、ビームスプリッティング偏光子は、交差した偏光子を作り出すため、および、そのシステムを通るビームの経路を定めるための、両方に機能する。このような配置においては、このシーケンサーはまたビームスプリッティング偏光子とＬＣＤとの間のアームに挿入され得る。しかし、追加の制約がこのようなＣＳＬＭカラーシーケンサーの設計に課される。
【０２４９】
上記のＣＳＬＭ配置においては、ＣＳＬＭステージが主として、検光偏光子の偏光の光の色的な予備調整のために用いられ、この偏光子は、直交する透過軸およびブロッキング軸を有する。このＣＳＬＭ構造は、フィルターに通した出力とニュートラル出力との間を変調する。しかし、ＣＳＬＭ構造が、フィルターに通したスペクトルとニュートラルスペクトルとの間を変調するように制限される必要はないことが、理解されるべきである。
【０２５０】
本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いる、典型的なシーケンシャルディスプレイアーキテクチャー（図４６に示す透過性ディスプレイのような）においては、偏光子（図４６における偏光子１４６０）は、そのカラーシーケンサーの検光偏光子として、およびＬＣディスプレイを介して発生する局所的灰色スケールの入力偏光子としての、両方に作用する。この偏光子は所望でない逆スペクトルを遮蔽し、これによって、このＬＣディスプレイを所望の色および偏光によって照射する。
【０２５１】
この連続したアーキテクチャーは、この偏光子を除去することによって変更され得、これによってカラーおよびグレーレベルの発生手段の両方に、同一の偏光子分析器を共有させる。この様式で、連続したディスプレイの全体が、２つのニュートラル偏光子を用いるのみで実行され得る。全スペクトルがこのＬＣディスプレイ上に入射するので、この偏光は、このＬＣディスプレイが所望の加法原色の偏光状態を変調し得るのみであるように、操作されなければならない。全てのＬＣディスプレイ状態について、逆スペクトルは遮蔽軸に沿って、検光偏光子に到達しなければならない。このスペクトルはしたがって、ＬＣディスプレイの固有偏光に沿って偏光されなければならず、一方加法原色は変調状態に沿って偏光されなければならない。色選択性要素はしたがって、カラーシーケンサーとＬＣディスプレイとの間に、およびＬＣディスプレイと偏光子検光子との間に、挿入されなければならない。このことは、冗長なフィルターに通す動作を表わす。より優美な解決法は、ＬＣディスプレイをカラーシーケンサーに組み込むことである。
【０２５２】
シーケンシャルディスプレイシステムにおいてカラーおよび灰色レベル発生を一体化するための１つの技術は、ＣＳＬＭのリターダースタックを活性にすることである。この様式によって、このＬＣディスプレイはいくつかの活性な部分リターダースタックの間に入れられ得、これらのスタックの各々が、適切な電圧の印加と共に消えるように作製され得る。
【０２５３】
図４８Ａおよび図４８Ｂは、このようなシステムを図示する。このシステムは、入力偏光子１６００、第一の活性リターダー半スタック１６１０、ＬＣディスプレイ１６２０、第二の活性リターダー半スタック１６３０、および出力偏光子１６４０を有する。図２９Ａおよび図２９Ｂに示す実施例においては、出力偏光子１６４０の配向が入力偏光子１６００の配向に直交している。しかし、このシステムはまた平行な偏光子と共にも用いられ得ることが、理解されるべきである。
【０２５４】
図４８Ｂに示すように、活性なリターダー半スタック１６１０および１６３０の各々が、第一のリターダー四分の一スタック１６５０（「ＱＳ」で示す）、活性偏光モジュレータ１６６０、および第二のリターダー四分の一スタック１６７０により作製される。リターダースタック１６５０および１６７０は、リターダー「四分の一スタック」と呼ばれる。なぜなら、上記のように、（偏光モジュレータのいずれかの側にある）受動リターダースタックのうちの１つが「半スタック」とみなされるからである。これは、上記のように、２つのリターダースタックが共同して作動し、ニュートラルスペクトルまたはフィルターに通されたスペクトルを生じさせるからである。２つのリターダー四分の一スタック１６５０および１６７０は共に作動して、１つのリターダー半スタックを形成する。
【０２５５】
偏光モジュレータ１６６０は、他方に対する一方のリターダー四分の一スタックの見かけの配向を変調するために用いられる。モジュレータ１６６０のある状態においては、リターダー四分の一スタック１６５０および１６７０が共同して、ＬＣディスプレイ１６２０の変調状態に沿って１つのスペクトルを、ＬＣディスプレイ１６２０の等方性状態に沿って補色のスペクトルを、調製する。偏光モジュレータ１６６０の他の状態においては、リターダー四分の一スタック１６５０および１６７０は相殺し、ニュートラル入力をＬＣディスプレイ１６２０に生じるが、これは等方性状態または変調状態のいずれかである。ニュートラル出力により、白色フレームまたは追加の色のいずれかが、追加のＣＳＬＭ構造体によって発生され得る。
【０２５６】
活性リターダー半スタック１６１０および１６３０をＬＣディスプレイ１６２０のいずれかの側に配置することによって、活性リターダー半スタック１６１０および１６３０は、単一のピクセル活性偏光モジュレータ１６６０を用いて連続的にインおよびアウトを切り換えられ得る。反射モードの配置においては、ハードウェアの要求はより単純であり得る。これは、２つの活性なリターダー半スタック１６１０および１６３０が、１つのリターダー半スタックを通る２つの経路を示すためである。しかし、設計オプションがこの配置を用いてさらに強制される。
【０２５７】
逆反射配置において真のアナログＬＣディスプレイを用いるならば、多重偏光状態が、このＬＣディスプレイと偏光ビームスプリッタとの間のアームに存在する。２つの部分からなるディスプレイにおいては、逆向きに伝播するビームが、同じ偏光または直交する偏光のいずれかを有する。最終的に、その成分は直交する状態（これが最も透過する）に変換され、このとき中間の偏光状態がグレーレベルを示す。多重偏光状態が適応されなければならないので、偏光子をこのアームに挿入することは実用的ではない。このように、従来のカラーシャッター（色素偏光子または補色の偏光子リターダースタックに基づくようなもの）は、適切ではない。むしろ、使用される技術は、光を遮断することなく偏光を色的に操作しなければならない。このことは、この偏光ビームスプリッタが、ＣＳＬＭカラーシーケンサーと、ＬＣディスプレイとの両方について、検光子として機能することを要する。本発明のＣＳＬＭは、このような要求に適う。
【０２５８】
（Ｂ）（共通経路カラーディスプレイ）
単一ピクセルＬＣデバイスの代わりに透過性ＬＣディスプレイパネルを用いて、リターダースタックの間の偏光モジュレータとすることによって、ＣＳＬＭカラーシーケンサーをスタックパネルフルカラーディスプレイに変換し得る（図４５の設計＃１１）。このような共通経路ディスプレイシステムは、慣習的に「減法」システムと呼ばれるが、本発明のＣＳＬＭ技術によれば、スタックパネルディスプレイが加法モードで操作され得る。加法モードで使用される２つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーと関連して上述した利点の多くが、このスタックパネルディスプレイシステムに関する。
【０２５９】
スタックパネルディスプレイは、原理的には、直視システムまたは投影システム（前または後ろ）のいずれかにおいて実施され得る。図４９は、本発明によるスタックパネル直視ディスプレイを示す。このディスプレイは、バックライト１６８０、入力偏光子１６９０、青色ステージ１７００、緑色ステージ１７１０、および赤色ステージ１７２０、ならびに出力偏光子１７３０を備える。
【０２６０】
青色ステージ１７００は、第一のリターダースタック１７０２、ＬＣディスプレイ１７０４、および第二のリターダースタック１７０６を有する。緑色ステージ１７１０は、第一のリターダースタック１７１２、ＬＣディスプレイ１７１４、および第二のリターダースタック１７１６を有する。赤色ステージ１７２０は、第一のリターダースタック１７２２、ＬＣディスプレイ１７２４、および第二のリターダースタック１７２６を有する。入力偏光子１６９０および出力偏光子１７３０は、これらが交差（直交）する配向を有する。
【０２６１】
操作においては、ＬＣディスプレイ１７０４は青色画像情報によって駆動され、ＬＣディスプレイ１７１４は緑色画像情報によって駆動され、そしてＬＣディスプレイ１７２４は赤色画像情報によって駆動される。青色ステージ１７００の第一のリターダースタック１７０２は、ＬＣディスプレイ１７０４の変調状態に沿って、青色スペクトルを偏光させる。同様に、緑色ステージ１７１０の第一のリターダー１７１２は、ＬＣディスプレイ１７１４の変調状態に沿って緑色スペクトルを偏光させ、そして赤色ステージ１７２０の第一のリターダースタック１７２２は、ＬＣディスプレイ１７２４の変調状態に沿って赤色スペクトルを偏光させる。ＬＣディスプレイ１７０４、１７１４および１７２４は、受動的マトリクスまたは活性マトリクスのディスプレイのいずれかであり得る。
【０２６２】
直視システムにおいては、そのディスプレイの品質を、見る角度の関数として保持することに関して、独特の問題が生ずる。ディスプレイの品質に影響を与える因子には、カラーシフト、コントラスト比、視差、および解像度が挙げられる。直視システムの性能を改良するための方法には、ＬＣフィルム層間の距離に対するピクセルピッチの比率を最大にすること、および／またはあるＬＣディスプレイパネルを次のＬＣディスプレイパネル上に画像化するためのリレーオプティクスを使用することが挙げられる。
【０２６３】
ＬＣフィルム層間距離に対するピクセルピッチの比率を最大化するために、プラスチック基板上に製造されたＬＣディスプレイを用いることによって、基板の厚みを最小化し得る。リターダーの厚みもまた、高複屈折液晶ポリマー層からなるリターダースタックを用いて最小化し得る。内部偏光子は、この設計から排除されるか、あるいはＣＡＢまたはＣＴＡ裏張り基板のない偏光子基板を用いることによって、その厚みを最小化し得る。
【０２６４】
図４９に示す直視システムはバックライト１６８０を使用するが、この直視システムはまた、エッジ照明と共に実行されるバックライトを用いる透過モード、トランスフェクティブモード、または適切な反射モードのＣＬＳＭ設計を用いる真の反射においても、操作し得る。
【０２６５】
このディスプレイシステムの厚みを減少させるための別の可能な技術は、各々のステージにおいて、第一および第二のリターダースタックの機能性を組み合わせることである。図４９に示す通り、リターダースタックは、各ＬＣディスプレイの各々の側に位置している。リターダースタックの各対の機能性を分析することによって、単一のリターダースタックが、これらと置換されるために、原理的には設計され得る。このような単一のリターダースタックは、より少ないフィルムを要する可能性を有し、そしてこれらが２つの別個のリターダースタックのために必要とされる。
【０２６６】
投影ディスプレイシステムは、上映または投影テレビに用い得るが、高度に一体化された、小型かつ軽量の投影ディスプレイシステムを実行するために、本発明のスタックパネル構造体を利用し得る。原理的には、スタックパネル投影ディスプレイシステムは、色分割／結合オプティクスを必要とせずに、従来の３パネルディスプレイシステムと同等の輝度を提供する可能性を有する。
【０２６７】
図５０は、本発明による、スタックパネル投影ディスプレイシステムを示す。この投影ディスプレイシステムは、ランプアセンブリ１５００、ＣＳＬＭベースのスタックパネルカラー画像エンジン１７４０、投影レンズアセンブリ１５８０、およびビューイングスクリーン１５９０を備える。ランプアセンブリ１５００は、視準オプティクス、ＩＲ／ＵＶフィルタリング、および／または偏光回復システムを備える。
【０２６８】
カラー画像エンジン１７４０は、入力偏光子１６９０、ならびに青色ステージ１７００、緑色ステージ１７１０、赤色ステージ１７２０、および出力偏光子１７３０を備える。青色ステージ１７００は、第一のリターダースタック１７０２、ＬＣディスプレイ１７０４、および第二のリターダースタック１７０６を有する。緑色ステージ１７１０は、第一のリターダースタック１７１２、ＬＣディスプレイ１７１４、および第二のリターダースタック１７１６を有する。赤色ステージは、第一のリターダースタック１７２２、ＬＣディスプレイ１７２４、および第二のリターダースタック１７２６を有する。スタックパネルカラー画像エンジン１７４０は、上で図４９と関連して記載したスタックパネルシステムと類似の様式で作動する。図５０のスタックパネル投影ディスプレイシステムは、前方投影ディスプレイ（ここでは、ビューイングスクリーン１５９０は、投影オプティクス１５８０と同じ側から観察される）として、または後方投影ディスプレイ（ここでは、ビューイングスクリーン１５９０は投影オプティクス１５８０の反対側から観察される）として、実行され得る。
【０２６９】
このスタックパネル投影ディスプレイシステムが、活性マトリクス前方投影テレビとして実行される場合には、３つのＬＣディスプレイ１７０４、１７１４、および１７２４は、フルカラーの発生のために、アナログモードで使用される。この場合には、各々のＬＣディスプレイが、加法原色バンドの透過を４〜８ビットの解像度で独立して制御することができなければならない。さらに、１つのステージから選択される特定の透過レベルが、残り２つのステージから選択される透過レベルから実質的に独立していなければならない。中間の電圧においてのこの独立性は、その構造が偏光に影響する様式のため、２偏光子配置において可能である。
【０２７０】
全ての電圧レベルにおいてステージの独立性を達成する目的で、特定のステージに続くステージの作動によって起こる偏光操作が、電力伝達の意味では重要ではないことが必要である。例えば、５０％の透過レベルを達成する目的で、第一ステージ１７００によって特定の色が円偏光状態に変換され得る。続くステージでは、リターダースタックはこの偏光状態を変化させないと仮定される。なぜなら、これらは他の色で作動するからである。次のステージのＬＣディスプレイは、その円形入力の偏光状態を変調させない。これらのＬＣディスプレイは入力偏光子１６９０に対して平行に配向しているので、この偏光状態の楕円性を変化させるのみであり、一方、出力（検光）偏光子１７３０への投影は固定されたままである。このようにして、ステージ間の透過クロストークは実質的に回避され得る。
【０２７１】
（Ｃ）（ハイブリッドカラーディスプレイおよび他の考慮）
図４５の設計番号３〜７、１２、１６、および１７は、カラー発生モードがさまざまな様式で接続された、ハイブリッドカラーディスプレイおよびカラーシーケンサーサブシステムである。ハイブリッド配置はカラー発生スキームの組み合わせを利用し、このスキームには、カラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）法、時間連続的方法、多重経路法、および共通経路法が挙げられる。３つのカラー発生技術（すなわち、多重経路／共通経路／シーケンシャル）を組み合わせて用いるハイブリッドシステムを設計することさえ可能である。特定の配置を選択する動機付けは、全体的な性能の問題（例えば、輝度、色のバランス、および／または色の純度）、重量、サイズ、およびコストから生じる。動機はまた、部品、特に光源および画像エンジン（単数または複数）の特定の挙動によっても動かされる。
【０２７２】
ＣＳＬＭは偏光に基づいているので、これが最も効果的に用いられるのは、偏光状態で発生した光（例えば、レーザーからの光）、効果的に偏光状態に変換された光、または、光を独立して処理するために２つのディスプレイ経路を提供するシステムと共に用いる場合である。偏光回復スキームにおける主要な目的は、ランプの発光をより多く用いた偏光源を作り出す方法である。これは照射オプティクスの部分であり、ディスプレイの外部とみなされ得る。
【０２７３】
偏光回復スキームは、分割経路カラーシーケンサーによって実施され得る。画像エンジンが偏光に依存しないならば（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ（ＤＭＤ）のように）、偏光の損失を回避することに重点が置かれる。偏光の損失を回避するための１つの方法は、分割経路カラーシーケンサーを、偏光されていない光入力を含む直交する偏光に独立して作用するように構成することである。
【０２７４】
図５１は、本発明による透過性分割経路シーケンシャルディスプレイの１例を示す。このディスプレイは、ランプシステム１７５０（これは、ランダムに偏光した光を発する）、偏光ビームスプリッタ１７６０、反射体１７７０、２つのＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂ、２つのＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂ、第二の偏光ビームスプリッタ１８００、第二の反射体１８１０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。
【０２７５】
操作において、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光した光が、第一の偏光ビームスプリッタ１７６０に入る。偏光ビームスプリッタ１７６０は、第一の偏光状態を有する光を透過し、第二の偏光状態（これは、第一の偏光状態に直交する）を有する光を反射する。この偏光ビームスプリッタにより透過された光は、一方のＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ｂに入る。偏光ビームスプリッタ１７６０により反射された光は、反射体１７７０によって再び反射され、他方のＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａに入る。
【０２７６】
各々のＣＳＬＭカラーシーケンサー／ＬＣディスプレイの組み合わせは、図４６および４７に示すシーケンシャルディスプレイの実施態様のいずれかに関連して上に記載したものと類似の様式で作動する。特に、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂは、それらの各ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂを、光スペクトル（例えば、赤色、緑色、および青色の光）により、引き続いて照射する。ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂはそれらの各カラーシーケンサーにより引き続いて出力された光スペクトルと同期した画像情報によって、引き続いて駆動される。例えば、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂが、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂを、赤色光、緑色光、および青色光によって引き続いて照射するならば、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂは、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂからの赤色、緑色および青色の照射と同期した、赤色、緑色、および青色の画像情報によって引き続いて駆動される。
【０２７７】
ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂは、その画像情報に従って照射光の偏光を変調する。ＬＣディスプレイ１７９０Ａからの偏光変調された光は、偏光ビームスプリッタ１８００を透過する。ＬＣディスプレイ１７９０Ｂからの偏光変調された光もまた、反射体１８１０を経て偏光ビームスプリッタ１８００に指向される。偏光ビームスプリッタ１８００は、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの偏光変調された光の偏光の状態を分析し、これによってその光をフィルターに通すこと、および、これら２つのＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの偏光変調された光を組み合わせることの、二重の機能を果たす。偏光感受性の光学成分がカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂの下流側にないならば、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの光を組み合わせることによって、図３２のディスプレイシステムはその輝度を二倍にする。偏光ビームスプリッタ１８００を出る光は、投影オプティクス１８２０によって画像化される。
【０２７８】
反射体１７７０および１８１０は、図５１のシステムにおいてはプリズムとして示されているが、他のタイプの反射体が使用され得、この場合もやはり本発明の範囲に入ることが、理解されるべきである。さらに、図３２のシステムは２つのＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂを有するよう示されているが、両方の光路を収容するよう設計された単一のＣＳＬＭカラーシーケンサーもまた使用され得、やはり本発明の範囲に入ることが、理解されるべきである。
【０２７９】
図５２は、反射型分割経路シーケンシャルディスプレイを示す。図３３の反射型ディスプレイは、図５１に示すディスプレイに類似するが、但し反射型ＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂが、透過性のＬＣディスプレイの代わりに用いられる。この配置において、偏光ビームスプリッタ１７６０が、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光された入力光のための経路スプリッタとして、およびＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂのための検光偏光子としての、両方として用いられる。操作において、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光された光は、偏光ビームスプリッタ１７６０に入り、２つの直交して偏光された成分に分離し、偏光ビームスプリッタ１７６０によって、その一方が透過され、他方が反射される。ＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂ、ならびにそれらに関連するＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂは、図５１のディスプレイに関して上に記載したものと類似の様式で作動するが、但し、ＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂは、光を画像情報に従って偏光変調した後、その光を偏光ビームスプリッタ１７６０に向けて後方に反射する。
【０２８０】
図５３は、分割経路追加ディスプレイシステムを示し、ここでは偏光を用いて光路を分離する。このシステムは、入力偏光子１８３５、青／黄リターダースタック１８４０、第一の偏光ビームスプリッタ１８５０、赤／シアンリターダースタック１８６０、第二の偏光ビームスプリッタ１８７０、ミラー１８８０および１８９０、３つのＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０、第三の偏光ビームスプリッタ１９３０、第四の偏光ビームスプリッタ１９４０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。
【０２８１】
操作において、白色光源（図示せず）からのランダムに偏光された白色光が、入力偏光子１８３５によって偏光され、青／黄リターダースタック１８４０に入る。青／黄リターダースタック１８４０は、その白色光の青色成分を１つの偏光軸に沿って、そして黄色成分（緑および赤）を直交する偏光軸に沿って、偏光させる。図示した実施例においては、入力偏光子１８３５、青／黄リターダースタック１８４０、および第一の偏光ビームスプリッタ１８５０は、偏光ビームスプリッタ１８５０によって、偏光された黄色成分が透過され、偏光された青色成分が反射されるように、配向されている。
【０２８２】
偏光された黄色成分は、赤／シアンリターダースタック１８６０に入り、このリターダースタックが、その黄色成分の赤色部分を１つの偏光軸に沿って、そしてその黄色成分のシアン部分（緑および青）を直交する偏光軸に沿って、偏光させる。図示した実施例においては、赤／シアンリターダースタック１８６０および偏光ビームスプリッタ１８７０は、偏光ビームスプリッタ１８７０によって、偏光された赤色成分が透過され、偏光されたシアン成分が反射されるように、配向されている。青色成分は第一の偏光ビームスプリッタ１８５０によって反射されたので、このシアン成分のうちの緑色部分のみが、偏光ビームスプリッタ１８７０における反射に利用可能である。
【０２８３】
ミラー１８８０によって、反射された青色成分は第一のＬＣディスプレイ１９００の方に向けられ、反射された緑色成分は第二のＬＣディスプレイ１９１０の方に向けられ、そして透過された赤色成分は第三のＬＣディスプレイ１９２０の方に向けられる。
【０２８４】
第一、第二、および第三のＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０は、それぞれ青色、緑色、および赤色の画像情報によって、駆動される。従って、青色、緑色、および赤色の成分は、それらの対応するＬＣディスプレイ上の画像情報に従って、偏光変調される。第一のＬＣディスプレイ１９００から偏光変調された光は、ミラー１８９０によって、偏光ビームスプリッタ１９３０および１９４０の方に指向される。第二のＬＣディスプレイ１９１０からの偏光変調された光は偏光ビームスプリッタ１９３０に指向され、第三のＬＣディスプレイ１９２０からの偏光変調された光は偏光ビームスプリッタ１９４０に指向される。偏光ビームスプリッタ１９３０および１９４０は共に、ＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０からの光の偏光の状態を分析すること、ならびに、これら３つの光路からの光を組み合わせることの、二重の機能を有する。この組み合わせられた光は次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２８５】
図５４は、分割経路３パネル追加ディスプレイシステムを示し、このシステムは、入射する白色光を３つの分離した光路に分離するために、色を使用する。このディスプレイシステムは、入力偏光子１９５０、二色性ビームスプリッタ１９６０、１９７０、１９８０、および１９９０、ミラー２０００および２０１０、ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０、および２０４０、出力偏光子２０５０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。入力偏光子１９５０および２０５０の配向は、交差（直交）している。
【０２８６】
操作において、入射する白色光は偏光子１９５０によって偏光され、第一の二色性ビームスプリッタ１９６０に指向される。二色性ビームスプリッタ１９６０は、この白色光の青色成分を反射し、そして緑色および赤色成分を二色性ビームスプリッタ１９７０の方に透過する。二色性ビームスプリッタ１９７０は、この光の緑色成分を反射し、そしてこの光の赤色成分をミラー２０１０の方に透過する。ミラー２０１０は、この赤色成分を第三のＬＣディスプレイ２０４０に指向する。青色および緑色成分は、それぞれＬＣディスプレイ２０２０および２０３０に指向される。
【０２８７】
ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０および２０４０は、それぞれ青色、緑色、および赤色の画像情報によって駆動される。したがって、ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０および２０４０は、その画像情報に従って、それぞれ青色、緑色、および赤色の成分の強度を偏光変調する。この偏光変調された青色成分は、ミラー２０００により反射されて二色性ビームスプリッタ１９８０および１９９０に指向され、これらはこの青色成分を透過する。偏光変調された緑色成分は二色性ビームスプリッタ１９８０に指向され、これはこの緑色成分を二色性ビームスプリッタ１９９０の方に反射する。二色性ビームスプリッタ１９９０は、この緑色成分を透過する。
【０２８８】
偏光変調された赤色成分は二色性ビームスプリッタ１９９０に指向され、これはこの赤色成分を反射する。出力偏光子２０５０は、これら青色、緑色、および赤色の、偏光変調された成分の偏光の状態を分析する。この分析された光が次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２８９】
図５５は、分離偏光光路を用いてフルカラーを実行するための、別のハイブリッドディスプレイアーキテクチャを示す。図３６に示すハイブリッドディスプレイアーキテクチャは、「分割経路／共通経路」と呼ばれる。このディスプレイアーキテクチャは、４パネルシステムであり、これは一方のアーム（「共通経路」アーム）に赤色、緑色および青色のスタックディスプレイパネルを、他方のアーム（「分割経路」アーム）に単一の白色ディスプレイパネルを有する。このディスプレイシステムは、ランダムに偏光した白色光を生じるランプシステム１７５０、第一の偏光ビームスプリッタ１７６０、反射体１７７０、スタック３パネルディスプレイ２０６０、単一パネルディスプレイ２０７０、第二の偏光ビームスプリッタ１８００、第二の反射体１８１０、および投影オプティクス１８２０を備える。
【０２９０】
スタック３パネルディスプレイ２０６０は、入力偏光子２０８０、青色ステージ２０９０、緑色ステージ２１００、赤色ステージ２１１０、および出力偏光子２１２０を有する。青色ステージ２０９０は、第一のリターダースタック２０９２、ＬＣディスプレイ２０９４、および第二のリターダースタック２０９６を有する。緑色ステージ２１００は、第一のリターダースタック２１０２、ＬＣディスプレイ２１０４、および第二のリターダースタック２１０６を有する。赤色ステージ２１１０は、第一のリターダースタック２１１２、ＬＣディスプレイ２１１４、および第二のリターダースタック２１１６を有する。
【０２９１】
単一パネルＬＣディスプレイ２０７０は、入力偏光子２０７２、ＬＣディスプレイ２０７４、および出力偏光子２０７６を備える。単一パネルディスプレイ２０７０の入力および出力偏光子２０７２および２０７６は、交差した配向を有する。同様に、スタック３パネルディスプレイ２０６０の入力および出力偏光子２０８０および２１２０は、交差した配向を有する。
【０２９２】
操作において、ランダムに偏光した白色光は、偏光ビームスプリッタ１７６０によって、直交した偏光成分に分離される。偏光ビームスプリッタ１７６０によって、一方の偏光成分は透過され、他方は反射される。透過した偏光成分は、３パネルスタックディスプレイ２０６０に指向される。３パネルスタックディスプレイ２０６０は、図３１に示す３パネルスタックディスプレイと類似の様式で動作する。
【０２９３】
反射された偏光成分は、反射剤１７７０によって単一パネルディスプレイ２０７０の方に指向される。単一パネルディスプレイ２０７０は「白色パネル」であって、これは白色光の強度を変調する。単一パネルディスプレイ２０７０および３パネルスタックディスプレイ２０６０からの出力は、偏光ビームスプリッタ１８００および反射体１８１０によって再び組み合わせられる。この組み合わせられた出力は次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２９４】
図５５に示すハイブリッドディスプレイは、３パネルスタックディスプレイ２０６０の３つのＬＣディスプレイ２０９４、２１０４、および２１１２が、単一パネル白色ディスプレイ２０７０のＬＣディスプレイ２０７４より低いピクセルカウントを有するように、構成され得る。この構成は、より解像度の高い単色画像（単一パネル白色ディスプレイ２０７０により作り出されたものなど）が、認識された解像度にほとんど影響なく、より解像度の低いカラー画像（３パネルスタックディスプレイ２０６０により作り出されたものなど）によって「色を塗られ」得る、という概念を用いる。
【０２９５】
図５５に示すハイブリッドディスプレイはまた、１つの加法原色バンドがＬＣディスプレイによって１つのアーム内で変調され、同時に２つのパネルスタックディスプレイが補色のスペクトルを第二のアーム内で変調するようにも、構成され得る。このことは、３パネルスタックディスプレイ２０６０を、補色のスペクトルを変調するための２パネルスタックディスプレイと置き換えることによって実行され、次いで単一パネルＬＣディスプレイ２０７０は、１つの加法原色バンドを変調する。
【０２９６】
この構成において、単一パネルディスプレイ２０７０を用いて、ランプシステム１７６０が比較的弱い加法原色バンドを変調し得る。例えば、ハロゲン化金属ランプシステムを用いるならば、単一パネルディスプレイ２０７０は赤を変調するために用いられ得、２パネルスタックディスプレイは第二のアーム中で青および緑を変調するために用いられ得る。スペクトルの青色部分の解像度は、ある程度変化され得る。なぜならヒトの目は、位置の情報の決定にスペクトルの青色部分をあまりあてにしないためである。このことは、青色パネルと緑色パネルとの間で画像化する場合に、処理量を増加させるために有用であり得る。
【０２９７】
図５６は、ハイブリッド共通経路／空間的ＣＳＬＭディスプレイを示す。このディスプレイは、１つのＬＣディスプレイを２つの加法原色によって引き続いて照射することの代替を提供する。図５６のディスプレイは、入力偏光子２２００、青色ステージ２２１０、黄色ステージ２２２０、および出力偏光子２２３０を備える。この青色ステージは、第一のリターダースタック２２１２、ＬＣディスプレイ２２１４、および第二のリターダースタック２２１６を有する。黄色ステージは、第一のリターダースタック２２２２、セグメント化されたＬＣディスプレイ２２２４、セグメント化されたフィルター２２２５、および第二のリターダースタック２２２６を有する。セグメント化されたＬＣディスプレイ２２２４は、第一（緑色）セクション２２２４Ａおよび第二の「赤色」セクション２２２４Ｂに分割される。各々のセクションが、全ＬＣディスプレイ２２２４と同数の画像ピクセルを有する。第一のセクション２２２４Ａは緑色画像情報によって駆動され、第二のセクション２２２４Ｂは赤色画像情報によって駆動される。
【０２９８】
セグメント化されたフィルター２２２５Ｂは、赤色光を遮断する第一のシアンフィルターセクション２２２５Ａ、および緑色光を遮断する第二のマゼンタフィルターセクション２２２５Ｂを有する。
【０２９９】
操作において、第一のリターダースタック２２１２および青色ステージ２２１０は、緑色成分および赤色成分が、ＬＣディスプレイ２２１４の固有状態に沿うように、入力光の偏光の予備調整を行う。したがって、青色光がＬＣディスプレイ２２１４によって変調され、第二のリターダースタック２２１６を用いてその偏光変換を完了する。第一のリターダースタック２２２２および黄色ステージ２２２０は、青色成分が黄色ＬＣディスプレイ２２２４の固有状態に沿って偏光されるように、光を予備調整する。したがって、黄色光（緑および赤）は、ＬＣディスプレイ２２２４によって変調される。シアンフィルターセクション２２２５Ａは、緑色光および青色光を通過させ、赤色光を遮断する。マゼンタフィルターセクション２２２５Ｂは、青色光および赤色光を通過させ、緑色光を遮断する。
【０３００】
図５６のハイブリッド構造は、フルカラー共通経路アーキテクチャからの１つのＬＣディスプレイを照射するが、いくらかの空間的な色のサンプリングを有する。
【０３０１】
ＣＳＬＭ構造は、スペクトルの一部を、別のスペクトル部分のものと一致する偏光状態と、直交する偏光状態との間で変調するために、しばしば用いられる。しかし、ＣＳＬＭ構造はまた、任意の偏光の間を変調するためにも用いられ得る。例えば、リターダースタックの設計を適切に調節するために、たとえこのモジュレータがリターダンスの半波によって切り換えられても、ＣＳＬＭは、スペクトルの部分を直交しない状態の間に変調した。
【０３０２】
一例として、ＺＴＮデバイスを用いるＳＯニュートラルＣＳＬＭを考える。これは、第二のＺＴＮデバイスに入る光の偏光を制御するために用いられる。駆動状態においては、リターダースタックが消滅し、全ての光が第二のＺＴＮの固有状態に沿って偏光される。この状態において、全ての光が第二のモジュレータを通過し、このとき偏光状態は変化しない。あるいは、この第二のＺＴＮは４５°に配向され得、これによって全ての光が、駆動状態の第二のＺＴＮによって変調され得る。
【０３０３】
非駆動状態においては、このＣＳＬＭは偏光を修正し、これによって光の一部が固有状態（一般に変調されていない）に沿ったままとなる。このスペクトルの第二の部分が、この第二のＺＴＮの固有状態（すなわち、４５°の線状）に沿った等しい投影を有するように、ＣＳＬＭによって修正された偏光を有する。
【０３０４】
この特定の実施例において、部分的なリターダースタックの組み合わさった作用は、直交した状態間で変調するために通常要されるものの実質的に半分である。１つのクラスの設計は、スペクトルの変調された部分と一致する波長において、半波プレートからなる部分的スタックを有する。第一の部分的リターダースタックから出る変調された光の偏光状態は、 αN−αN-1＋αN-12−・・・α2±α1＝（π／１６）＋（ｍπ／４）
であり、ここでｍは整数であり、Ｎはリターダー要素の数であり、そして最後の符号は、Ｎが奇数であるか偶数であるかによって決定する。
【０３０５】
先の実施例は、シリコンディスプレイ上の反射性液晶に適応し、ここで、ＣＳＬＭは偏光ビームスプリッタとＬＣディスプレイとの間に位置する。畳まれていないときは、このＬＣディスプレイは構造体の中央にあり、このときこのＣＳＬＭ構造体は、このＬＣディスプレイのいずれかの側に効果的にある。明らかに、これらの対応する２つが同じ構造体を通過するので、これらのリターダーの配向は同一であり、順序が逆である。
【０３０６】
偏光ビームスプリッタを使用する逆反射ＬＣディスプレイ配置においては、従来のカラーシャッターをこのＬＣディスプレイアームに挿入することができない。これは、このＬＣディスプレイポートが、直交する偏光を有する逆伝播光線を収容しなければならないためである。したがって、図５７は、偏光ビームスプリッタ２２４０を用いて逆反射ＬＣディスプレイ装置のＬＣディスプレイポートに挿入したＣＳＬＭ構造を示す。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０を用いて、２つの部分的スタック２２６０および２２７０の相互作用を制御する。
【０３０７】
反射型ＬＣディスプレイ２２８０（ＬＣディスプレイ２２８０の反射部分がミラー２２９０で置き換わっている）がＺＴＮデバイスであり、そしてこのＣＳＬＭを用いて偏光ビームスプリッタ２２４０を出る色を制御する場合を考える。交差したリターダースタック配置がこのＣＳＬＭに用いられるならば、ＬＣディスプレイ２２８０は、単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０が駆動状態にあるとき、全ての光を変調する。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０が非駆動状態にあるときは、リターダースタック２２６０および２２７０の組み合わさった変換は、ＬＣディスプレイの固有偏光（これは、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調されない）に沿ったスペクトルの一部を与えることに貢献し、このスペクトルの一部は、ＬＣディスプレイ２２８０の固有偏光（これは、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調される）に沿った等しい投影を有する。この意味において、部分的なリターダースタック２２６０および２２７０は、透過モードのＣＳＬＭのものと同様に機能するが、但し、その偏光の変換が半減している。この場合において、第一の部分的スタック２２６０から出る光は、２２．５度回転される。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０は適切に回転して、この光を受容する。第二の部分的スタック２２７０の作用は、駆動状態にある第一の部分的スタック２２６０の変換の２回の「取消（ｕｎｄｏ）」、および非駆動状態における偏光の変換を完了させることである。後者については、この偏光変換は、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調されるべきスペクトルの一部分を与える。この部分は、ＬＣディスプレイ２２８０の固有状態に沿った等しい投影を有し、これによって支持となる偏光ビームスプリッタ２２４０から出る光のレベルが完全に変調され得る。逆に、ＬＣディスプレイ２２８０の固有状態に沿って配向された第二の部分的リターダースタックから出る光は、入口ポートに戻される。
【０３０８】
本発明のＣＳＬＭはまた、空間的カラーデバイスの形成にも有用である。図５８は、パターン化されたＣＳＬＭ２３００を示し、これはパターン化されていないリターダースタック２３１０、１つ以上の部分的にパターン化されたリターダーフィルム２３２０、活性ＬＣディスプレイ２３３０、反射体２３４０、および偏光子２３５０を備える。
【０３０９】
ＬＣディスプレイ２３３０に続く反射体２３４０は、この構造体を通る２つの経路を提供する。パターン化されたリターダーフィルム２３２０は、液晶ポリマーまたは局所的に応力を加えたポリマーフィルムから、適切に形成される。反射モードの配置の対称性が増加されているために、その設計スペースは、透過モードの装置に対して込み合っている。畳んでいないバージョンにおいては、ＬＣディスプレイ２３３０のいずれかの側において部分的なリターダースタックを形成するパターン化されたリターダーフィルムの有効角度は、等価でなければならない。
【０３１０】
１つの特定の構成において、パターン化されたリターダースタックは、０次、または複合した色消しリターダーを含む。例えば、適切な配向の半波リタデーション層を有するピクセルは、偏光回転子を形成し得る。交差した配向の同じリタデーション層は、局所的に等方性である。最後に、２つの半波リタデーション層が平行であるならば、得られる構造体は全波（有色）プレートに劣化する。このようなパターン化された構造体は、ＬＣディスプレイ２３３０への相互作用のために、局所的に偏光の予備調整のために用いられ得る。
【０３１１】
視差の問題を回避するために、パターン化されたリターダースタックは、ＬＣディスプレイ２３３０の活性ピクセルの可能な限り近くに配置される。この構造体のパターン化されていない部分は、変調の要求に依存して、組み込んでも良いし、組み込まなくても良い。当然、パターン化されていないリターダースタック２３１０は、このディスプレイの全てのピクセルのクロミナンスおよび／または変調の特性を左右する効果を有する。
【０３１２】
図５９は、図５８の空間的カラーディスプレイデバイスの、透過モードバージョンを示す。このデバイスは、第一偏光子２３６０、第一のパターン化されていないリターダースタック２３７０、第一のパターン化されたリターダースタック２３８０、ＬＣディスプレイ２３９０、第二のパターン化されたリターダースタック２４００、第二のパターン化されていないリターダースタック２４１０、第二偏光子２４２０、およびバックライト／反射体の組み合わせ２４３０を備える。独特の、パターン化された部分的リターダースタックおよびパターン化されていない部分的リターダースタックが、ＬＣディスプレイ２３９０のいずれかの側において使用され得るので、設計オプションの数は大いに増加する。
【０３１３】
（応用例）
上記のように、本発明のＣＳＬＭは、投影ディスプレイ、バーチャルディスプレイ、および直視ディスプレイの、前方および後方で用い得る。これらのディスプレイは、例えば、輸送用乗物（例えば、自動車および航空機）のヘッドアップディスプレイ、グループプロジェクタ、デスクトップコンピューティング、ホームシアター、携帯式ゲーム、アーケードゲーム（３Ｄおよび２Ｄ）、ラップディスプレイ、携帯式ページャー、個人用デジタル式補助具、衛星航法ディスプレイ、計器（例えば、オシロスコープおよびスペクトル分析器）、ウェブブラウザ、電気通信機、ヘッドマウントディスプレイ、ならびに、仮想現実および増大された現実性を目にもたらすディスプレイ、携帯式の身に着けられるコンピュータ、シミュレータ、カムコーダー（ｃａｍｃｏｒｄｅｒ）、ならびに、ディスプレイ眼鏡、ゴーグル、またはシャッターといった、様々な応用において用いられ得る。
【０３１４】
ディスプレイの応用のために、本発明のマルチピクセルのＣＳＬＭは、放射性ディスプレイ（例えば、陰極線管、エレクトロルミネッセントディスプレイ、活性マトリクスエレクトロルミネッセントディスプレイ、電解放出ディスプレイ、およびプラズマディスプレイ）との組み合わせにおいて使用され得る。本発明のＣＳＬＭはまた、非表示色発生の応用においても用いられ得、これには、比色法、ステージ照明、家庭用／工業用照明、検査システム、レーザーおよび発光ダイオードのためのカラースイッチ、ならびに、分光法のためのチューナブル光源／受光器、ならびに他の分光診断の応用が挙げられる。
【０３１５】
本発明のＣＳＬＭはまた、モジュレータディスプレイと共にも用いられ得、これには、透過型ディスプレイ（例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤおよびポリシリコンＬＣＤ）、反射型ディスプレイ（例えば、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、および回折（ｄｅｆｒａｃｔｉｖｅ）格子デバイス）、ならびに受動マトリクスディスプレイ（例えば、ＳＴＮおよび強誘電体液晶ディスプレイ）が挙げられる。
【０３１６】
電子的画像化の応用には、ページ送りまたは文書のスキャナ、インターネットカメラ、スタジオ写真用のデジタルカメラ、顕微鏡、マルチスペクトル画像化、ドキュメンテーション（例えば、光ＩＤカメラ）、アマチュア電子写真、および他の応用例（蛍光分光法および医用描写法（例えば、内視鏡および他の医用診断器具）を含む）が挙げられる。
【０３１７】
画像化デバイスを形成するために、本発明のＣＳＬＭは、電荷結合素子、電荷積算素子、または補色金属酸化物半導体の単一ピクセルまたはマルチピクセル画像装置を用いる、静止カメラまたはビデオカメラと組み合わせられ得る。
【０３１８】
上に記載したように、本発明のＣＳＬＭフィルタを、他の能動または受動フィルタと組み合わせて用いて、ハイブリッドフィルタを作製し得る。本発明のＣＳＬＭフィルタは、リターダーをベースとしたノッチフィルタおよび二色性フィルタのような、受動フィルタと組み合わせられ得、これによって、ＵＶ、ＩＲまたは他の光のバンドを遮断する。これらはまた、偏光干渉フィルタおよびスイッチ偏光子フィルタのような、他の能動フィルタと共にも用いられ得る。
【０３１９】
本発明のＣＳＬＭフィルタは、可視スペクトルにおける色フィルタとして特に有用である。しかし、これらは、分光法、分光測定暗所視フィルタリング、または波長分割多重化の応用のための、他の波長バンドにおける使用のためにもまた製造され得る。本発明のＣＳＬＭカラーフィルターは、多くの応用において、特に、カラー画像の記録および表示の領域において、使用され得る。これらは、マルチピクセルアレイに配列され得、空間的または時間的に多重化され得、そして、光学的にアドレスされ得る。
【０３２０】
前述の実施態様は単なる例示的なものであり、本発明の限定として解釈されるべきではない。本明細書に教示のものは、他のタイプの装置に容易に応用され得る。本発明の記載は例示することを意図されており、特許請求の範囲を限定することは意図されない。多くの変更、改変および変化は、当業者に明白である。特許請求の範囲における手段＋機能の項は、詳細に記載した機能の実施として本明細書に記載した構造を包含すること、そして構造的均等物のみでなく均等な構造をも包含することを、意図される。
【図面の簡単な説明】
【０３２１】
【図１】図１は、本発明に従う、全般的な色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）の概略図である。
【図２】図２は、２４個の本発明の中性色／原色フィルター／スイッチの好ましい設計を列挙した表である。
【図３】図３は、本発明の色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）の第１の実施態様を示す。
【図４】図４は、本発明のＣＳＬＭの第２の実施態様を示す。
【図５】図５は、本発明のＣＳＬＭの第３の実施態様を示す。
【図６】図６は、本発明のＣＳＬＭの第４の実施態様を示す。
【図７】図７は、本発明のＣＳＬＭの第５の実施態様を示す。
【図８】図８は、本発明のＣＳＬＭの第６の実施態様を示す。
【図９】図９は、本発明のＣＳＬＭの第７の実施態様を示す。
【図１０】図１０は、本発明のＣＳＬＭの第８の実施態様を示す。
【図１１】図１１は、本発明のＣＳＬＭの第９の実施態様を示す。
【図１２】図１２は、本発明に従う、反射モードのＣＳＬＭを示す。
【図１３】図１３は、図１２の反射モードのＣＳＬＭの「展開」概略図である。
【図１４】図１４は、Ｎ＝３であるＣＳＬＭ設計を列挙する表であり、これらの設計は反射モードのＣＳＬＭデバイスを実行するために必要とされる対称性を有する。
【図１５Ａ】図１５Ａは、反射モードのマゼンタＣＳＬＭの測定した出力のプロットである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、反射モードの黄色ＣＳＬＭの測定した出力のプロットである。
【図１６】図１６は、本発明に従う、緑色出力とマゼンタ出力との間で切換える、可変色相ＣＳＬＭを示す。
【図１７】図１７は、本発明に従う、４６個のＳＯフィルターＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図１８】図１８は、本発明に従う、４６個のＳＯニュートラルＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図１９】図１９は、本発明に従う、５６個の交差偏光子ＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図２０】図２０は、本発明に従う、５９個の交差偏光子ＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明に従う、２偏光子マルチステージＣＳＬＭのブロック線図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本発明に従う、４偏光子、３ステージＣＳＬＭのブロック線図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明に従う、２偏光子加法（ＳＯ黒色）ＣＳＬＭ設計を組み込む、ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明に従う、２偏光子加法（ＳＯ黒色）ＣＳＬＭ設計を組み込む、ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図２３】図２３は、図２２Ａおよび２２ＢのＣＳＬＭカラーシーケンサーに関する、真理表である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された赤色の透過スペクトルのプロットである。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された緑色の透過スペクトルのプロットである。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された青色の透過スペクトルのプロットである。
【図２５Ａ】図２５Ａは、さらに測定されたシアンのスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、さらに測定されたマゼンタのスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、さらに測定された黄色のスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２６Ａ】図２６Ａは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された青色ステージの出力のプロットである。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された緑色ステージの出力のプロットである。
【図２６Ｃ】図２６Ｃは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された赤色ステージの出力のプロットである。
【図２７】図２７は、本発明に従った、さらに加法原色を通してフルカラーＣＳＬＭカラーシーケンサーを配列するための駆動スキームを示す。
【図２８】図２８は、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーの２つのＣＳＬＭステージでの電気駆動シグナルおよび対応する光の透過を示す。
【図２９】図２９は、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサー３つのレベルの駆動スキーム変数を示す。
【図３０】図３０は、本発明に従った、ＳＯ加法原色ステージを有する４つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図３１】図３１は、本発明に従った、異なるＣＳＬＭ状態の白色状態のチューニングの効果を示す表である。
【図３２】図３２は、本発明に従った、ＳＯの白色状態を発生する４つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図３３】図３３は、本発明に従った、ＳＯ加法原色設計を利用する４つの偏光子ＲＧＢ ＣＳＬＭの幅広い領域の視野を示す。
【図３４Ａ】図３４Ａは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｃ】図３４Ｃは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｄ】図３４Ｄは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３５】図３５は、本発明に従った、１つの経路上の１つの透過ピクセル化ステージおよび別の経路上の２つの透過ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３６】図３６は、本発明に従った、１つの経路上の反射ピクセル化ステージ、ならびに別の経路上の非ピクセル化ステージおよび反射ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３７】図３７は、本発明に従った、１つの経路上の透過ピクセル化ステージおよび別の経路上の反射ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３８Ａ】図３８Ａは、３つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、本発明に従った、１つの経路上に１つのピクセル化ステージおよび別の経路上に２つのピクセル化ステージを有する分割経路システムを示す模式図である。
【図３８Ｃ】図３８Ｃは、本発明に従った、分割経路ディスプレイシステムの別の実施態様を示す模式図である。
【図３９Ａ】図３９Ａは、本発明に従った、２つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図３９Ｂ】図３９Ｂは、本発明に従った、２つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４０】図４０は、本発明に従った、1つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４１Ａ】図４１Ａは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｂ】図４１Ｂは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｃ】図４１Ｃは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｄ】図４１Ｄは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｅ】図４１Ｅは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４２】図４２は、本発明に従った、３つの反射ピクセル化ステージを有するディスプレイシステム示す模式図である。
【図４３】図４３は、本発明に従った、２つの非ピクセル化ステージと組合せた２つの反射ピクセル化ステージを使用する分割経路ディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４４】図４４は、本発明に従った、単一の反射ピクセル化ステージおよび２つの非ピクセル化ステージを使用する共通経路ディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４５】図４５は、本発明のＣＳＬＭを利用し得る１８の例のディスプレイ型の一覧表である。
【図４６】図４６は、透過液晶ディスプレイを備えた、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラー逐次ディスプレイを示す。
【図４７】図４７は、反射液晶ディスプレイを使用する、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラー逐次ディスプレイを示す。
【図４８】図４８Ａおよび図４８Ｂは、本発明に従った、活性リターダースタックを有するＣＳＬＭを示す。
【図４９】図４９は、本発明に従った、ＣＳＬＭスタックパネル直視式ディスプレイを示す。
【図５０】図５０は、本発明に従った、ＣＳＬＭスタックパネル投影ディスプレイシステムを示す。
【図５１】図５１は、本発明に従った、ＣＳＬＭ透過分割経路逐次ディスプレイシステムの実施態様を示す。
【図５２】図５２は、本発明に従った、ＣＳＬＭ反射型分割経路逐次ディスプレイシステムを示す。
【図５３】図５３は、本発明に従って、光経路を分割するために偏光を使用する、分割経路加法ディスプレイシステムを示す。
【図５４】図５４は、本発明に従って、入射白色光を３つの分離光経路に分割するようなカラーを利用する分割経路３パネル加法ディスプレイシステムを示す。
【図５５】図５５は、本発明に従って、分割偏光光経路を使用する実装フルカラーのためのＣＳＬＭハイブリッドアーキテクチャを示す。
【図５６】図５６は、本発明に従った、ＣＳＬＭハイブリッド共通経路／空間ディスプレイを示す。
【図５７】図５７は、本発明に従って、逆反射型ＬＣディスプレイアーキテクチャのＬＣディスプレイ部分に挿入されるＣＳＬＭ構造を示す。
【図５８】図５８は、本発明に従った、パターン化ＣＳＬＭを利用する反射型空間カラーディスプレイデバイスを示す。
【図５９】図５９は、本発明に従った、パターン化ＣＳＬＭを利用する透過空間カラーディスプレイデバイスを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、色選択性偏光変調に関する。より詳細には、カラー化画像処理デバイス（例えば、ディスプレイおよびカメラ）のためのカラーシーケンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
フルカラーディスプレイは一般に、以下の４つの技術のうち１つを使用して実現される：（１）カラーフィルターアレイを空間的に使用する技術；（２）一時的に、逐次的色技術を使用する技術；（３）複数の光路を使用する相加的な重層：または（４）スタックしたディスプレイパネルを減法的に使用する技術。空間的なカラーシステムにおいて、各フルカラーピクセルは、少なくとも３つのサブピクセルに細分化され、１つは、各加法原色に対して専用化される。赤色、緑色、青色のスペクトルフィルターからなるカラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の活性ピクセル素子に記録され、その結果、各原色の電送レベルは、局所的に制御され得る。この技術は、観察者から見て、個々に分離されないほど十分に小さいサブピクセルを必要とする。眼によって得る空間的な一体化から、知覚されたフルカラーの画像を得る。細分化の結果として、空間的なカラーシステムにおいて使用されるディスプレイパネルは、モノクロディスプレイにおいて使用される、ピクセル数の３倍のピクセル数を必要をする。
【０００３】
逐次的色技術において、サブフレームが表示され、このとき、各サブフレームは、フルカラー画像において、加法原色の分配を包含する。十分な速度（例えば、ビデオ速度の３倍、すなわち１８０Ｈｚ）でサブフレームを表示することによって、眼は一時的にサブフレームを一体化し、知覚されたフルカラー画像を得る。この場合、空間的な細分が存在しないので、各ピクセルはフルカラーを提供する。原則として、ＣＦＡを使用するフルカラーピクセルは、同一領域の一連のピクセルとして同一の輝度を提供する。しかし、光の有効な使用とはならない。なぜなら、加法原色を表示することは一般に、補色減法原色のブロッキングを意味するからである。
【０００４】
相加的な重層を使用するフルカラーディスプレイを実現するため、例えば、投影システムにおいて、光源は３つの光路に分割され、この各々は１つの加法原色バンドにおいて、光源電源を装備する。典型的に、２色性ビームスプリッターは３つの加法原色を３つの物理的に分離した経路に分離するために使用される。１つのディスプレイパネルは、各光路における光学的な伝送を空間的に変調するために充てられる。続いて、各画像は相加的に上載せされ、フラカラー画像を形成する。この技術は、よりハードウェア示強性であるが、これは原理上、空間または時間的なカラー技術のいずれよりも、３倍の明るさである。このように、この技術は投影システムの実現に好ましい。
【０００５】
減法ディスプレイにおいて、３つの光路は、波面剪断なしで効果的に製造される。このようなシステムは、カラーフィルムと類似的であるので、用語「減法」が適切である。全ての光が、同一の物理的経路を進行するが、構造の特定の層だけは、各波長バンドにおける光を処理する。実際、フルカラーディスプレイは、３つの同時に記録された伝送ディスプレイパネルのスタックからなり、各々は、１つの加法原色の局所的伝送を独立して決定することを請け負う。なぜなら、唯一物理的な経路が存在するからであり、各ステージは波長選択的な偏光効果を使用して他方から独立されなければならない。輝度変調には、偏光入力および有効な電圧制御分析偏光子の両方を必要とする。従って、色が独立した輝度変調は、入力偏光度を選択的に制御する波長および／または検光子の波長選択性によって典型的に達成される。加法分割経路ディスプレイと比較して、減法ディスプレイは、固有の設計課題を有する。高い光学スループットを得るため、パネル透過損失は低くあるべきであり、任意の受動色制御素子は低損失であるべきであり、そして画像は、パネル間で有効的に中断されなければならない。直視ディスプレイシステムにおいて、ディスプレイをオフノーマル（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ）で見る場合、色質および視差に関しては、さらに複雑である。
【０００６】
幾つかの減法ディスプレイのスキームが関連分野で開示されている。最も簡素な構造は、ニュートラル偏光子（ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）と共に、３つのゲストホストＬＣＤを使用する（例えば、それらは米国特許第３，７０３，３２９号および同第５，０３２，００７号に開示される）。各ＬＣＤパネルは色素を含み、この色素は印加された電圧によって決定される、面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）投影と共に色選択性偏光子として作用する。他の実施態様において、変調および波長選択偏光分析（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）の機能は、準ニュートラルＬＣＤと色選択性偏光フィルムを組み合わせることでデカップリングされる。このような偏光子は、多色色素偏光子で有り得る（例えば、米国特許第４，４１６，５１４号、同第５，１２２，８８７号および、Ｋ．Ｒ．Ｓａｒｍａら、ＳＩＤ'９３ ＤＩＧＥＳＴ、１００５頁または多色ＬＣフィルムに開示されるもの、または、米国特許第５，６８６，９６１に開示されるようなもの）。他の可能性のある色偏光フィルム技術には以下のものが挙げられる：１つの直線偏光における誘電ミラー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）として挙動し、そして直交偏光においては等方性である、多層延伸ポリマーフィルム（米国特許第５，６１２，８２０号開示されるもの）、およびコーティングしたプリズムフィルム（米国特許第５，４２２，７５６号に開示されるもの）。さらに他の形状、例えば、米国特許第５，０５０，９６５号に開示される形状において、混合型減法ディスプレイが開示され、これは、ねじれたＬＣＤパネルからの複屈折色と組み合わせた色選択性偏光子を利用する。
【０００７】
関連技術の減法ディスプレイの性能は、多数の因子によって妨害される。例えば、浅い転移スロープ（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｌｏｐｅ）および多くの色素偏光子の低いピーク透過（ｐｅａｋ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のために色質およびスループットは乏しい。より基本的には、３つの減法フィルターステージを使用する場合、黒色状態の光学密度は典型的に乏しい。
【０００８】
減法型においては、各加法原色は、二段階の協同作用（各々が、１つの加法原色をブロックする）を介して生成される。このブロックされた加法原色は原色（複数）と隣接し、典型的に、望ましくない漏れが存在する。より重要なことに、密な黒色状態は、白色（任意の内部原色（ｉｎｔｅｒｐｒｉｍａｒｙ）光を含む）から３色全ての加法原色を引くことによって得られる。このことは、困難なスペクトル処理の問題を表す。なぜなら、コントラスト比は小さいサイドローブ振幅によってでさえも下がり得る。さらに、許容可能なコントラストを達成する設計は、小さな製造許容差、モジュレーターの均一性における変化、および環境の変化に対して強くない。このことは、高いコントラスト比がステージ間で、高レベルの協同を要求するからである。
【０００９】
減少したサイドローブレベルは、各減法原色の重なりを増加させることによって達成され得る。しかし、これは、原色のカラーコーディネートに悪影響を与えることなく実施され得る。受動ノッチフィルタリングは、内部原色光を発するために提供され得るが、これは、挿入損およびコストの増大に関わる。印刷システムにおけるように、第四の「黒色パネル」は、コントラスト比を改善するために挿入され得、これは、再度コストおよび複雑さを増大させ、そしてスループットを減少させる。この「黒色パネル」技術は、米国特許第５，０５０，９６５号に開示される。
【００１０】
チューナブルフィルターまたはカラーシャッターは、先行技術において十分に考証されている。このようなフィルターには、２つのクラスが存在する：偏光干渉フィルター（ＰＩＦ）、および切換え偏光フィルター（ＳＰＦ）。
【００１１】
ＰＩＦは、従来、スペクトル測定装置に使用されており、それは、それらが、嵩張り、製造が複雑であり、そして較正を必要とするためである。Ｌｙｏｔ ＰＩＦは、独立型フィルターユニットからなり、これは、協同的に作用し、バンドパスプロファイルを発生する。このようなスペクトルプロファイルは、特に、青色のディスプレイに理想的であると考えられ、ここで、適切な赤色ブロッキングは不必要に狭いバンドパス幅を決定する。Ｌｙｏｔ ＰＩＦのチューニングは、典型的に、各ステージにおけるアナログＬＣデバイスの挿入およびルックアップ表の形成を必要とする。
【００１２】
ＳｏｌｃＰＩＦは、内部偏光子が排除され、このとき、有限インパルス応答方法（ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｍｅｔｈｏｄ）（Ｈａｒｒｉｓ、Ａｈｍａｎｎ、およびＣｈａｎｇ）を使用して設計された他のフィルターを排除するという利点を有する。しかし、一般に、ＰＩＦのプロファイルのチューニングは、同調した各リターダーの中心波長の移動を必要とする。それ故、各受動リターダーは、１つ以上のＬＣデバイスの付加によって活性化されなければならない。このような構造により、アナログの純カラーの発色が可能となり、これは分光分析の用途に有益である。しかし、カラーディスプレイ／画像化において、より高いスループットおよびより簡素な構造は、ＳＰＦを使用して達成される。
【００１３】
ＳＰＦは、直交する偏光子状態の間で切換える、デジタルＬＣスイッチを利用する。受動成分またはカラー偏光子は、これらの偏光に関連した実質的に異なる透過スペクトルを有する。従って、ＬＣデバイスをこの状態間で駆動することにより、２つのカラー偏光子スペクトルの間の変調を提供する。ＬＣデバイスがアナログモードで駆動されると、その出力は典型的に、カラー偏光子スペクトルの電圧制御混合物からなる。
【００１４】
これまでＳＰＦに使用されたカラー偏光子には、以下のものが挙げられる：ニュートラル偏光子上の単一の４５°配向直線リターダー（米国特許第４，００３，０８１号（Ｈｉｌｓｕｍ）、同第４，０９１，８０８号（Ｓｃｈｅｆｆｅｒ）、および同第４，２３２，９４８号（Ｓｈａｎｋｓ）に開示される）、多色色素直線偏光子（米国特許第４，５８２，３９６号（Ｂｏｓ）、同第４，４１６，５１４号（Ｐｌｕｍｍｅｒ）、同第４，７５８，８１８号（Ｖａｔｎｅ）、同第５，３４７，３７８号（Ｈａｎｄｓｃｈｙ）に開示される）、両方の効果を含むハイブリッド構造（米国特許第４，９１７，４６５号（Ｃｏｎｎｅｒ）、および同第５，６８９，３１７号（Ｍｉｌｌｅｒ）に開示される）、コレステリック液晶円形偏光子（米国特許第５，６８６，９３１号（Ｆｕｎｆｓｃｈｉｌｌｉｎｇら）に開示される）、および偏光子リターダースタック（ＰＲＳ）技術（米国特許第５，７５１，３８４号（Ｓｈａｒｐ）に開示される）。他の潜在的カラー偏光子技術には、以下のものが含まれる：コーティングしたプリズム偏光子（米国特許第５，４２２，７５６号（Ｗｅｂｅｒ）に開示される）、および多層延伸ポリマー（ＰＣＴ出願番号ＷＯ９５／１７６９１（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）に開示される）。
【００１５】
最高のスループットＳＰＦは、現在、ＰＲＳ技術を利用する。このような構造は、スタックに対して外部のスイッチを使用するため、パワーの保存はニュートラルスイッチを仮定することを命令し、２つのスペクトルは実質的に互いに逆である。追加の受動フィルタリングがない場合、スペクトルは、半最大点（ｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｉｎｔ）でのスペクトルの重なりと非常に関連する。このように、ＳＰＦ技術に基づくリターダーは、フィルターを通した出力とニュートラル出力との間のスイッチングよりもむしろ、補色間のスイッチングに対して十分適切である。
【００１６】
補色スイッチ技術に関する別の問題は、出力強度に関する。典型的に、セルクロミナンスは、得られたカラーコーディネートに重要な影響を有する。中心波長およびセルの均一性が作製において決定されるが、挙動は引き続いて温度、電圧、入射角および方位角によって影響を受ける。例えば、ゼロツイストネマチック（ＺＴＮ）セルが、ＰＲＳ（典型的には、非作動状態）のスペクトルを反転する場合、この半最大点は、セルの半波リターダンス（ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）に従ってシフトされ得る。作動状態において、このセルは、通常のインシデンスにおいて消失され、性能を制限する色偏光子を与え得る。しかし、フィルターのオフノーマルを調べる場合、重要なリターダンスを典型的に経験する。このことによって、カラーコーディネートに有意に影響を与え得る。従って、補色スイッチングを使用して安定なカラーコーディネートを達成することによって、非現実的な耐性が設置され得、そして、幾つかの場合、達成できない性能をセルに要求し得る。
【００１７】
上記の文献は本明細書中で参考として援用され、本明細書中では、追加または代替の詳細、特徴および／あるいは技術背景の教示に当てる。
【発明の開示】
【００１８】
（発明の要旨）
本発明は色選択性光モジュレーターならびにこれらを使用する色フィルター、シーケンサーおよびディスプレイを提供する。色分離は、ほとんど損失のないリターダーフィルムを用いて達成され、透過と消光との間で、任意の急な転移スロープを有する高いスペクトル対照を与える。
【００１９】
本発明のカラーフィルターおよびカラーシーケンサーでは、各カラーフィルターのステージは、色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）であり、このモジュレーター（ＣＳＬＭ）は、補色を変調することなく、１色の透過を変化させる。カラーフィルターステージは、ニュートラルスペクトル（白色または黒色）の透過と色的にフィルターを通したスペクトルの透過との間を切換え得る。２つ以上のカラーフィルターステージが連続して使用され得、各フィルターステージは独立して、原色の透過を制御する。
【００２０】
好ましい実施態様において、各フィルターステージは、アナログ様式で加法原色の透過を局所的に制御する。従って、画像および色の発生を一体化する。１つの好ましい実施態様は、フィルターステージ間で内部偏光子を除外し、それによって、１つの入力偏光手段および１つの出力手段のみを有するフルカラーディスプレイを提供する。好ましい２偏光子配置によって、加法モード（これは、減法モードスキームに関して有用性を示す）で操作される。
【００２１】
色選択性偏光モジュレーターは、能動偏光変調要素（モジュレーター）を備える。例えば、電気工学または磁気光学偏光モジュレーターであり、これは、偏光の等方性状態の間での実質的に介在する偏光子の変調状態を有する（すなわち、固有偏光（ｅｉｇｅｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ））。この色選択性偏光モジュレーターはさらに、１つ以上のリターダーを備えたリターダースタックを備える。
【００２２】
偏光の変調状態は入力偏光であり、偏光の透過した状態がモジュレーターに印加された電圧に依存する。偏光の等方性状態は入力偏光であり、偏光の透過した状態は実質的にモジュレーターに印加した電圧に依存しない。第一スペクトルがモジュレーターの変調状態に配置され、そして、第二補色スペクトルがモジュレーターの等方性状態に配置されるように、リターダースタックは、光を色的に前条件付けする。従って、このモジュレーターは第一スペクトルの偏光の状態を変調するが、補色スペクトルの偏光を実質的には変調されないままにする。好ましい実施態様において、このスペクトルは加法原色スペクトルおよび減法スペクトルである。
【００２３】
色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）（これは、カラーフィルターを形成するために使用され得る）は、色選択性偏光モジュレーター（すなわち、リターダースタックおよびモジュレーター）を偏光検光子と組み合わせることで形成される。偏光検光子は、ニュートラル偏光子と組み合わせて第二リターダースタックとなり得るか、あるいは、色選択性偏光子（例えば、直線または円色偏光フィルター）となり得る。これらのタイプの色選択性偏光子の例は、多色色素偏光子、コレステリック液晶、およびコレステリック液晶ポリマーである。
【００２４】
好ましい実施態様において、偏光検光子は第二リターダースタックおよびモジュレーターの後に配置される検光偏光子を備える。このような構造は、変調されていないスペクトルの完全な透過または完全なブロッキングを提供する可能性を有する一方で、補色スペクトルの１００％照度変調を可能にする。リターダースタック間の関係（すなわち、各リターダーフィルムの数、配向およびリターデーション）は、顕著に全体の挙動に影響を与える。例示的なリターダースタックの関係は、協同偏光変換を表し、これによって、補色スペクトルバンドのゼロ変調を伴う、十分に規定されたスペクトルバンドの完全な照度変調を得る。
【００２５】
２つのリターダースタック（すなわち、色選択性偏光モジュレーターにおけるリターダースタックおよび偏光検光子におけるリターダースタック）を備えるＣＳＬＭにおいて、偏光子およびリターダースタックは、カラーフィルターがスタックオンリー（ＳＯ）ニュートラル（すなわち、モジュレーターがなければ、白色光を透過する）またはフィルターを通したＳＯスタックのいずれかであるように、配向され得る。ＳＯニュートラルモードにおいて、モジュレーターの作用によってフィルターを通した出力が提供され得、一方、フィルターを通したＳＯモードは、モジュレーターを使用してニュートラル状態を発生させる。いずれの場合においても、このモジュレーターに印加された電圧は、効率的に複合リターダースタックの「存在」を制御する（すなわち、２つのリターダースタックが、相殺よりはむしろフィルタリングにおいて協同し、ニュートラル出力を発生する程度）。モジュレーターがアナログ変調が可能である場合、電圧により制御された複合リターダースタックの存在はまた、アナログである。
【００２６】
リターダースタックに加え、例えば、偏光子とモジュレータータイプとの間に生ずる互換性を解決するために、さらなる偏光透過要素が入力偏光子と出力偏光子との間に備えられ得る。偏光される光源に関して、入力偏光子は必要がない。内部偏光子を有さないＣＳＬＭ実施態様において、これらのＣＳＬＭは、入力および出力偏光子に対して、偏光セパレーター／コンバイナーを有する分割経路形状において操作され得る。これらのＣＳＬＭはまた、反射モード設計を使用し得る。
【００２７】
先行技術の共通経路ディスプレイおよびカラーシーケンサーと違って、２つの偏光子ＣＳＬＭによって、各ステージの後、偏光の状態を検光するための必要性を排除することによって、減法モードよりはむしろ加法モードにおける操作を可能とする。これは、パワーベースでＣＳＬＭステージの相互作用を排除する。加法原色が減法原色となるように（すなわち、白色は黒色となり、そして逆もあり得る）スペクトルを反転することによって、重要な性能改善を得る。詳細には、これらのＣＳＬＭステージは、加法原色を発する場合、独立となり、一方で、高密度黒色状態が達成され得る。これは、減法原色および白色状態での僅かな衝撃を用いて達成される。
【００２８】
本発明のＣＳＬＭは、好ましくは、リターダースタック間に能動偏光変調素子を備え、従って、フィルターを通したスペクトルとニュートラルスペクトルとの間での変調を提供する。本発明の目的は、ＣＳＬＭを利用し、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｗ、およびＫ（黒色）のセットから任意に選択可能な出力を有するハイスループットカラーフィルターを提供することである。本発明のさらなる目的は、ＣＳＬＭを利用し、内部検光偏光子を備えないシーケンサーおよびマルチステージカラーフィルターを製造することである。本発明のさらに別の目的は、ＣＳＬＭを利用し、正確な能動偏光変調素子特性に依存しない、固定されたカラーコーディネートを有するカラーフィルターを製造することである。また、本発明の目的は、このようなフィルターをディスプレイおよびデジタルカメラと組み込んで、ニュートラル出力を有するか、または有さない、高性能の色の発生を得ることである。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、共通経路スタックパネルプロジェクターを提供することであって、このプロジェクターは、減法モードよりはむしろ加法モードで操作される。この独特なオプションは、本発明のＣＳＬＭによって可能となり、これによって、光が３つの全てのパネルを通過しきるまで、任意の光のブロッキングを避けることが可能となる。
【００３０】
本発明のさらなる利点、目的および特徴は、以下に続く発明の詳細な説明に一部示され、そして、一部は、以下の試験の際に当業者に明らかとなるか、または本発明の実施から理解され得る。本発明のこれらの目的および利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘したように実現および達成され得る。
【００３１】
本発明は、以下の図面を参照して詳細に説明され、ここで同一の参照番号は、本明細書中の同一要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
色選択性偏光モジュレータを、色選択性光モジュレータ（ＣＳＬＭ）に使用するために本発明に記載する。ＣＳＬＭは、色選択により、活性化または空間的にパターン化した素子を使用して光の伝達を制御するデバイスである。
【００３３】
カラーフィルターとして使用される一般化したＣＳＬＭ１０の回路図を図１に示す。ＣＳＬＭカラーフィルターは、入力偏光子１３０、第一リターダースタック１１０、第二リターダースタック１２０、リターダースタック１１０および１２０の間に配置された偏光子モジュレータ１００ならびに出力偏光子１４０を備える。第一リターダースタック１１０は、それぞれリターダンスΓ1，Γ2，...ΓNならびに配向α1，α2，...αNをそれぞれ有する複数の個別のリターダー１０１０ａ，１０１０ｂ，...１０１０ｃを備える。この第二リターダースタック１２０は、配向α'N，...α'2，α'1をそれぞれ有する複数の個別のリターダー１０２０ａ，...１０２０ｂおよび１０２０ｃを含む。図示する目的のために、第一および第二のリターダースタック１１０および１２０の各々は、３種の個別のリターダーで示されることを考慮すべきである。リターダースタック１１０および１２０の各々に含まれる個別のリターダーの数は、３個未満または多くなり得ることが理解されるべきである。
【００３４】
ＣＳＬＭ中の色選択性素子は、典型的に、リターダーフィルムのスタックである。しかし、これらはまた、薄いねじれた液晶フィルムであり得る。色選択性偏光モジュレータ中のリターダースタックおよび偏光検光子中のリターダースタック（これらは、リターデーション値および配向に関する）は、スペクトルバンドを決定するために使用され、スペクトルバンド上で活性化素子（偏光モジュレータ）が光伝達を変調し得る。この偏光モジュレータ（これは、活性化または空間的にパターン化した偏光モジュレータであり得る）を、選択されるスペクトルバンドの伝達を制御するためにリターダースタックの間に配置する。活性化モジュレータを使用する場合、選択されるバンドの伝達は、電気的にそして時間的に制御される。空間的にパターン化したモジュレータを使用する場合、選択されるスペクトルバンドの伝達は、空間的に制御される。
【００３５】
本発明のＣＳＬＭは、共通経路、分割経路、およびハイブリットカラー表示システム、カラー配列のため、ならびにアプリケーションにおけるアナログカラーの発生のために有用であり、これらには、照明、分光法、比色法、およびマルチスペクトル像が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３６】
（定義）
本発明の構造およびそれらの動きを特徴付けるために使用されるある程度の定義が、次に提供される。加法原色とは、通常の色覚を有する観察者によって、実質的に飽和した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、または青（Ｂ）として認識可能な色である。逆に、飽和していないＲＧＢ色相である色は、パステルと呼ばれる。飽和しているが、他の色相を有する色は、加法原色の混合物（すなわち黄色または橙色）として生成され得る。
【００３７】
用語「減法原色」とは、１つの加法原色を欠くことをいう。これらは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、および黄色（Ｙ）として公知であり、そして減色システム（すなわち印刷システム）に使用される色である。他に記述しない場合は、シアンは青＋緑であると考えられ、マゼンタは青＋赤であると考えられ、そして黄色は緑＋赤であると考えられる。単色の黄色は、純な黄色と呼ぶ。
【００３８】
パワースペクトルの合計が純な白色スペクトルを与える場合（すなわち、シアン＋赤、マゼンタ＋緑、または黄＋青）、色は補色である。パワーの保存によって、相補的な色素は、例えばニュートラル検光偏光子、次いで任意の偏光子／リターダスタックをπ／２回転させることで、発生され得る。
【００３９】
「フィルターにかけた」スペクトルとは、ＣＳＬＭ構造を通した伝達において、色彩的に変化されるスペクトルである。伝達されたスペクトルは、特定の色相を有し、そして「ニュートラル」スペクトルより顕著に飽和しており、このことは、以下で議論する。好ましいフィルターにかけたスペクトルは、加法原色ＲＧＢまたは減法原色ＣＭＹのような飽和したカラーを示すスペクトルである。
【００４０】
「ニュートラル」スペクトルとは、ＣＳＬＭ構造を通した伝達において、色彩的に変化されないスペクトルである。この伝達されたニュートラルスペクトルは、フィルターを通したスペクトルよりもＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＤＥ ｌ'Ｅｃｌａｉｒｇｅ ｄｉａｇｒａｍの白色点に実質的に近いコーデネートを有する。例として、フィルターの白色状態および黒色状態が挙げられる。
【００４１】
「固有偏光」は、ＣＳＬＭ構造を通過する際に変化しない偏光状態である。
【００４２】
「スタックオンリー」（ＳＯ）モードとは、偏光モジュレータが存在しない場合、または偏光モジュレータが電気光学的に等価「ではない」状態にある場合のＣＳＬＭ構造の出力をいう。このＳＯモードは、２個のリターダースタックをニュートラル偏光子の間に配置する場合に、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルのどちらかを伝達させるために、２個のリターダースタックを協同的に働かせるものであり得る。
【００４３】
「スタック変更」（ＳＡ）モードは、偏光モジュレータ素子が、他のリターダスタックに関して１個のリターダスタックの「存在」を効率的に変更するために使用される場合のＣＳＬＭ構造の出力をいう。このＳＡモードは、２個のリターダースタックをニュートラル偏光子の間に配置する場合に、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルのどちらかを発生させるために、２個のリターダースタックを協同的に働かせるものであり得る。
【００４４】
人間の目は、波長依存感度性を有し、通常の昼明かりの照明状態の間、緑色の光に対して最も敏感である。逆に、目は、短波長の青色（すなわち４００ｎｍ未満）および長波長の赤色（すなわち７００ｎｍより大きい）に対してほぼ非敏感性である。
【００４５】
この目は、３つの加法原色に対応する３つの独立した光受容体を有する。このように、目は、この３つの加法原色の適切な混合体を使用して任意の色を観測するように「トリック」され得る。３色の情報のみを使用して、フルカラー画像を発生することが可能となる。この加法原色は、原理的にフルカラー画像に必要でない遷移バンドによって分離される。これらの遷移バンドは、約５００ｎｍの波長の純なシアン、および約５８５ｎｍの波長の純な黄色である。多くの場合において、この遷移バンドは、利用可能なカラースペースを拡大するために不適格である。
【００４６】
好ましくは、本発明のＣＳＬＭ構造は、リターダーの間に活性化偏光モジュレータまたは空間的にパターン化された偏光モジュレータを有するリターダーの２個のスタックを備える。好ましくは、この偏光モジュレータは、２つの極度状態の間で、好ましくはアナログ様式で駆動され得る。好ましい実施態様において、このモジュレータは、１つの極度状態においてＳＯモードを可能にし、そして他の極度状態においてＳＡモードを可能にする。この２個のリターダースタックは、ニュートラルスペクトルまたはフィルターを通したスペクトルを発生するために協同的に作動するので、この用語「部分スタック」および「半スタック」は、本明細書において、リターダースタックの１つを言及するためにしばしば使用される。従って、用語「リターダースタック」、「部分スタック」および「半スタック」は、本明細書中で偏光モジュレータのどちらかのサイドにおける２つのリターダースタックのうち１つを言及するのに互換的に使用される。
【００４７】
空間的にパターン化されたモジュレータが、２つのリターダースタックの間で使用される場合、この空間的にパターン化されたモジュレータは、光がパターン化されたモジュレータの一方の部分を通過する時、ＳＯモードが可能となり、そして光がパターン化されたモジュレータの別の部分を通過する時、ＳＡモードが可能となるようにパターン化されるのが好ましい。さらに、モジュレータの１つ以上の追加の部分は、追加中間体モード（すなわちＳＯモードとＳＡモードの間に存在するモード）が可能となるようにパターン化され得る。
【００４８】
ＳＡモードにおいて、ニュートラル偏光子の間で観測される出力は、モジュレータの効果と結びついた、リターダースタックの共同的な効果の結果である。要するに、このモジュレータは、互いに関連する１つのリターダースタックの存在を修正し、これによって両方のリターダースタックの特性を共に修正する。ＳＡモードは、ＳＯ出力に関する両方のリターダースタックの極度変更に関連する。しかし、アナログ状態は、ＳＯおよびＳＡモードの間に存在し得ることを認識すべきである。上記の議論は、本明細書中で記載されるＣＳＬＭの全てに適用される。
【００４９】
（偏光モジュレータの特性）
個々のリターダースタック設計するための方法、およびリターダースタックの間の関係は、ＣＳＬＭ中で使用される偏光モジュレータ（モジュレータ）の特性に依存する。モジュレータには、機械的な、電気機械的な、液晶の、線形電気光学的な効果、磁気光学的、および非線型電気光学効果デバイスが挙げられるが、これらに限定されない。モジュレータは、電気的に、光学的に、または光電流を発生する媒体を介するハイブリット効果を使用してアドレスされ得る。
【００５０】
液晶（ＬＣ）ベースのモジュレータが、その低い製造コスト、その拡張性、単位相互作用長（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ）あたり大きな偏光変換を付与するその能力、低い電圧／電力で大きな変調を付与するその能力、および他の理由のために好ましい。ＬＣデバイスは、一般に次のカテゴリーに分類される：（１）ゼロ−ツイストネマチック（Ｚｅｒｏ−Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）（ＺＴＮ）または電子制御複屈折（ＥＣＢ）デバイス；（２）ツイストネマチックデバイス；および（３）面内スイッチング（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）デバイス。
【００５１】
ＺＴＮまたはＥＣＢデバイスは、ＬＣデバイスのサブセットであり、これにおいて、面内リターデーションは、面に対して垂直に印可する電場によって制御される。ＺＴＮまたはＥＣＢデバイスには、アンチパラレルネマチックデバイス、πセルまたはサーフェイスモードデバイス、垂直配列ネマチック（ＶＡＮ）デバイス、およびハイブリット配列ネマチック（ＨＡＮ）デバイスが挙げられる。
【００５２】
アンチパラレルネマチックデバイス、およびπセルまたはサーフェイスモードデバイスは、駆動していない状態において最大のリターデーションを有し、そして駆動状態においてほぼ等方性である。ハイコントラストが、駆動状態において余剰リターデーションを取除くために外部補償を加えることで、しばしば得られる。
【００５３】
ＶＡＮデバイスは、同様に（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）両方の基板表面上に配列される。これらは、電圧を印加することで増加した面内リターデーションの状態である、駆動していない状態において、等方性である。ＶＡＮデバイスは、全く余剰リターデーションを有さず、よって外部補償なしでハイコントラストを与える。
【００５４】
ＨＡＮデバイスは、同様に１つの基板表面上に配列され、そしてもう一方の表面上にプレーナーが配列される。
【００５５】
ツイストネマチックデバイスは、基板を平行にまたは反平行以外でこすられたデバイスである。約４５°〜９０°のこすり角度差を有するツイストネマチックデバイスを、典型的に「ＴＮ」デバイスと呼ぶ。一方、約２４０°〜２７０°のこすり角度差を有するデバイスを典型的に「ＳＴＮ」超ツイストネマチックデバイスを呼ぶ。ＴＮデバイスは、典型的に透過活性マトリクス薄層トランジスタ（ＴＦＴ）パネルを使用して処理される。ＳＴＮデバイスは、受動マトリクス処理スキームを可能にするように、高く複合化され得る。小さなツイスト角度（４０°〜６０°）が、混合モード反射型ディスプレイ用にしばしば使用される。
【００５６】
面内スイッチングデバイスとは、基板プレート内にディレクタを実質的に回転させる任意のスイッチを言う。例として、キラルスメクティックデバイス（例えば、強誘電性ＬＣまたは電子クリニック（ｅｌｅｃｔｒｏｃｌｉｎｉｃ）ＬＣデバイス、表面安定化キラルスメクティックＣ、体積安定化スメクティックＣ、歪んだヘリックス強誘電性、フレキソ電性（ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）、アキラルスメクティック、および反強誘電性ＬＣデバイスが挙げられる。側方電極によって駆動される面内スイッチングネマチックデバイスがまた存在する。すなわち、デバイス基板の反対側に配置された透明電極よりむしろ１つのデバイス基板上の側方電極が使用された場合、ネマチック液晶が、固定リターダンスを備える回転可能なリターダーとして作動され得る。
【００５７】
１以上の受動リターダーと組合せて液晶活性リターダーを利用する複合リターダーは、ＣＳＬＭでの偏光モジュレータとして使用され得る。特に有用なのは、米国特許第５，６５８，４９０号に記載される無色の複合リターダー、および米国特許第５，８７０，１５９号に記載される無色の偏光回転子であり、これらの両方は、本明細書中で全体を通じて参考として援用される。
【００５８】
この無色の複合リターダーは、受動リターダーによって側面に配置された液晶の回転可能な半波リターダーを含む。受動リターダーの配向およびリターダンスの結果、この複合リターダーは無色である。この無色の偏光回転子は、受容半波リターダーと組合せた、液晶の回転可能な半波リターダーを含む。光学的補償型屈曲（ＯＣＢ）セルにおいて、πセルは、視野の領域を改良するためにｚ方向リターダンスを有するリターダーフィルムと、組合される。ＳＴＮディスプレイは、別の方法で観測される複屈折カラーを抑えるために１以上のリターダーフィルムをしばしば使用する。ＴＮおよびＳＴＮの両方のディスプレイが、コントラスト比を改良するため、および視野の角度を改良するためにリターダーフィルムを使用する。
【００５９】
典型的に、ＬＣデバイスの挙動は、本来、干渉性である。特に、２つの直交の偏光された固有偏光の間に、電圧制御位相シフトを有する固有偏光が存在する。この位相差は、波（すなわち、リターデーション）の間に導入され、偏光状態の変化をもたらす。固有偏光は、はっきりと定義され、そして電圧および波長の両方に独立であるので、ＺＴＮデバイスは、非常に単純である。ツイストネマチックデバイスは、もっと複雑だが、これらもまた、固有偏光を有する。本明細書中で示される特定のＣＳＬＭ設計は、ＺＴＮモジュレータ用に最適化されるが、本発明のＣＳＬＭのリターダースタックは、他のタイプのモジュレータ（例えば、ツイストネマチックデバイス）での使用用にデザインされ、そして作製され得ることを考慮すべきである。
【００６０】
光学的活性デバイスは、本発明のＣＳＬＭの偏光モジュレーターとして使用され得る電子光学モジュレーターの別のグループである。光学的活性デバイスは、入射光の偏光配向と独立している偏光回転子を備える、偏光回転子である。等方性状態は、左旋および右旋円偏光である。この光学的活性モジュレータは、偏光の円状態に影響を与えない、円偏光の電圧制御位相シフトを行う。しかし、左旋および右旋円偏光を等振幅で分解し得る線形状態の場合、この透過偏光は線形であり、そしてこの配向は円状態の間の位相シフトによって決定される。従って、光学的活性モジュレーターは、偏光のモジュレーター状態が任意の線形状態で、線形状態の場合の偏光回転子として作用する。
【００６１】
キラルスメクチック液晶（ＣＳＬＣ）リターダーは、偏光を回転するよりもむしろ軸周りで偏光を反射する。しかし、これらは、偏光の等方的および変調状態で光学活性デバイスと類似である。ゼロツイストネマチックとは対称的に、ＣＳＬＣは、固定されたリターダンスおよび印加される電圧によって決定される光学軸の方向を有し、面内で回転する。半波リターダンスに対して、ＣＳＬＣリターダーは円等方性状態および直線変調状態を有する。ＣＳＬＣリターダーにおける光学軸の電圧制御された方向は、直線光の伝達される方向を決定する。
【００６２】
中間の変調および等方性状態を有する電気光学モジュレーター（例えばツイストネマチックデバイス）もまたある。ツイストネマチックデバイスの偏光変換は、Ｐｏｉｎｃａｒｅ ｓｐｈｅｒｅで最も容易に見られる（Ｊ．Ｅ．ＢｉｇｅｌｏｗおよびＲ．Ａ．Ｋａｓｈｎｏｗ）。偏光状態は、部分的に波長に依存する基底半径を有する、赤道上で回転するコーン（ｃｏｎｅ）に従う。ピッチ（９０°ＴＮに対するセルギャップの４倍である）および複屈折が大きくなるにつれて、コーンの基準が小さくなり、そして波長からほとんど独立し、そしてデバイスは、光学活性のようになる（すなわち、円固有偏光を示す）。より低いピッチの値に対して、こすり方向（すなわち、通常の方向）に沿って導入される直線状態は、赤道からエクスカーション（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を行う。これらのエクスカーションは、優先的な回転と結合される楕円率の周期的な導入を表す。こすり方向に沿って導入されるおよその楕円率を有する光は、回転の間その楕円率を維持する。この波長依存楕円率状態は、純粋な回転を経験する。この制限はまた、非駆動状態でのＳＴＮデバイスの変換を記載するために使用され得る。
【００６３】
最近、ツイストネマチックデバイスが楕円固有偏光状態を有する楕円リターダーであることが実験的に示された。直線可変リターダーと同様に、位相シフトは、偏光状態の１つの特定のヘリシティによって実質的に決定される。これは、Ｊ．Ｌ．ＰｅｚｚａｎｉｔｉおよびＲ．Ａ．Ｃｈｉｐｍａｎの「Ｐｈａｓｅ−ｏｎｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ＴＶ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｅｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅｓ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１８，１５６７−１５６９（１９９３）に記載される。
【００６４】
リターダースタックとモジュレーターの間の適合性を達成するために、追加の受動的リターダーがＣＳＬＭに含まれ得る。例えば、リターダースタックが４５°で分離される２つの直線偏光に光を調製する場合、これらの偏光状態は、固定された配向を有する種々のリターダーを含むモジュレーターに関して、偏光の変調状態および等方性状態である。偏光状態のうちの１つに平行に配向される受動的四分の一波リターダーは、２つの直線偏光を１つの直線偏光および１つの円偏光に転換し、これらは、ＣＳＬＣモジュレーターのような、固定されたリターダンスを有する回転可能なリターダーを含むモジュレーターに関して、偏光の変調状態および等方性状態である。従って、ＣＳＬＭがＣＳＬＣモジュレーターのいずれかの側に受動的四分の一波リターダーを含む場合、種々のリターダーモジュレーターのために設計されるリターダースタックは、代わりに回転可能リターダーモジュレーターと共に使用され得る。
【００６５】
（一般的考察）
特定のリターダースタック設計を使用することなしに、フィルター設計の分析は、以下の仮定に従って行われ得る：（１）カラーフィルター／スイッチのニュートラル状態で黒または白のいずれかを生成することが望ましい；（２）カラーフィルター／スイッチのフィルターされる状態で「安定な」原色（名目上、セットＲＧＢＣＭＹから）を生成することが望ましい。すなわち、例えばＬＣセルのような偏光モジュレーターのクロミナンスが、フィルターカラーコーディネートにほとんど影響を有しないことが望ましい；（３）モジュレーターが必要に応じて可視スペクトルを通してＳＯモードで光学的に「消える」ように、ＣＳＬＭが設計される；そして（４）偏光モジュレーターがＳＡモードでいくらかのクロミナンスを示し、その結果、可視スペクトルの約３分の２にわたって一定の偏光変換を維持することが適切になされ得ない。上記仮定と共に、種々の一般的なカラーフィルター配置が分析される。上記仮定に関連しない用途があり得ることに留意するべきである。
【００６６】
図２は、ＣＳＬＭに基づくニュートラル／原色フィルター／スイッチの２４の好ましい設計を一覧にする表であり、これらは、６つの加法および減法原色フィルターされる状態、白色または黒色ニュートラル状態、ならびにスタックオンリー（ＳＯ）またはスタック変更（ＳＡ）状態の間の選択に基づく。一般的に、ＳＯ出力は、ネマティックＬＣデバイスを偏光モジュレーターとして使用する場合、アクロマティックリターデーション（または回転）状態よりもニュートラル（アクロマティック）等方性状態を達成することが一般的により実際的であるので、質がより高い。ＳＡモードのアクロマティックＬＣデバイス（例えば、厚いＴＮ構造）を製造することは可能であるが、本発明者らは、ＳＯ状態がＳＡ状態よりも優れていると考える。
【００６７】
ＬＣセルが偏光モジュレーターとして使用される場合、カラーフィルター／スイッチ設計を比較する場合、最も重要な差の１つは、カラーフィルター／スイッチ出力の質のＬＣセルクロミナンスのインパクトである。ＳＯモードは、好ましくは、セルクロミナンスの負の効果を受けることが最も少なくあり得る出力であるように選択される。ＳＯおよびＳＡモードを考慮した最終の決定は、好ましくは、全体の構成要素の性能の全体的な観点に基づき、これは、複数のカラーフィルター／スイッチステージおよび複数の偏光子を含む。優先は特定の用途についての詳細から導かれる。これらの詳細には、出力の数、中心波長の位置、バンドパスプロフィール、およびそれぞれの波長帯についてのスループット要求が挙げられるが、これらには限定されない。例えば、デジタルカメラに対するカラーシーケンサーは、ディスプレイ用途について非常に乏しい最適スペクトルを有し得る。他の実際的な問題はまた、許容される偏光子の数、駆動電力の制限、ランプスペクトルの特徴、および視野の必要を含めて、取り組まれ得なければならない。全ての用途をカバーする「最高の設計」は明らかに無い。しかし、本発明を種々の用途に適合し得る方法を例示する数例が、以下に記載される。
【００６８】
大部分の用途が、マルチステージのカラーフィルターを利用し、それぞれのカラーフィルターステージがＣＳＬＭで実行され、このＣＳＬＭは、好ましくは、偏光モジュレーターとして中心ＬＣセルを有する一対のリターダースタックを構成する。マルチステージの設計では、独立して設計され、完全にモジュラーであり得るように、カラーフィルターステージ（ＣＳＬＭ）が互いに独立して機能することが好ましい。これは、設計プロセス、特にマルチステージ配置を単純化する。例えば、カラーフィルターステージのうちの１つのリターダースタックのリターダンスは、残りのカラーフィルターステージの出力にインパクトなしで、１つの用途の必要に適用するようにシフトされ得る。
【００６９】
カラーフィルターステージの独立性を維持すること、および高密度黒色状態または極度にニュートラル白色状態を得ることのために、マルチステージカラーフィルターのＳＯモードが、好ましくはそれぞれのカラーフィルターステージのニュートラル出力に対応する。しかし、ある場合において、カラーフィルターステージの設計者は、この選択を有さない。例えば、独立なカラーフィルターステージを有するために、それぞれのカラーフィルターステージが、他のカラーフィルターステージからの援助無しで、受容可能なフィルターされる状態（すなわち、カラーコーディネート）を生成しなければならない。加法原色が２つのカラーフィルターステージから減法的に得られる場合でさえ、カラーブロッキングの冗長の欠如が残る。すなわち、受容可能な加法原色コーディネートは、それぞれのカラーフィルターステージが高い質の減法原色を生成し得ない場合、達成され得ない。結果として、優先は、理想的なニュートラル状態を超えて受容可能なフィルターされる状態を得るために頻繁に与えられる。
【００７０】
クロマティック偏光モジュレーターを使用して、これによってニュートラル状態に対してＳＯモードを保存する、高い質のＳＡフィルターされる状態を提供する設計スキームがある。これらの設計スキームでは、ＬＣセル（偏光モジュレーター）は、１つの加法原色を切り換えることのみが必要である。この例には、Ｒ／Ｋ（赤／黒）、Ｇ／ＫおよびＢ／Ｋならびに補色（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）Ｃ／Ｗ、Ｍ／ＷおよびＹ／Ｗを含む。ＬＣセルがＳＯモードでよりもＳＡモードでよりクロマティックであると仮定すると、黒色状態の密度（または白色状態の平坦さ）がＳＯ黒色（白色）を使用してより良い。典型的には、原色の質は、ＳＯまたはＳＡフィルターされるモードについて識別不能である。これらの種のカラーフィルターステージのスタック（ＣＳＬＭ）は、マルチステージカラーフィルターについて望ましい。
【００７１】
ＬＣセルが２つ以上の加法原色の間で切り換えなければならない場合、状況は変化する。ＳＯ白色を有するＳＡ加法原色は、フィルターされるカラーコーディネートで有意なデグラデーション（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を受ける。これは、偏光モジュレーターが青色と赤色を効果的にブロックするためにこれらの偏光を回転させなければならないので、特にＳＡ緑色の場合そうである。活性な偏光モジュレーターについて、これは、可視スペクトルに渡ってアクロマティックであるＬＣセルを必要とする。従って、ＳＯモードは、カラーコーディネートを保存するためにフィルターされる状態にあてられる。ＳＯモードをフィルターされる状態にあてると、結果として、白色状態が顕著な短波長青色および長波長赤色損失を有し得る。白色状態は、リターダースタックが除去され、ＬＣセルのみが４５°に配向させられる場合、実際に現れる。リターダースタックは、多くの場合、白色透過を改善するが、ＬＣセルのみと比較した場合、透過を決して低下させないようである。
【００７２】
（ＣＳＬＭ構造の要件）
少なくとも部分的に偏光した光がＣＳＬＭに対する入力であると仮定される。偏光されていない光が導入され得るが、ランダムに偏光された光は、ＣＳＬＭによって操作されず、変調されないＣＳＬＭを通過することが理解されるべきである。従って、入力光の偏光成分でのＣＳＬＭの作用を考える。さらに、入力光の偏光成分が特定の操作帯を越えてニュートラルに偏光されると仮定される。「白色」状態は、従って、この特定の操作帯にわたって実質的にニュートラルである出力透過として規定される。
【００７３】
最適の白色状態は、スペクトル帯の操作を通じて均一の透過を有する透過関数として規定される。可視操作について、操作スペクトル帯は、４００〜７００ｎｍである。逆に、フィルターされる状態は、透過関数が操作帯の中に、１つ以上の最大透過点（理想的には、損失ゼロ）、および１つ以上の最小透過点（理想的には、透過ゼロ）を含むものである。
【００７４】
（Ａ）ニュートラル出力要件 ニュートラル状態を達成するために単一のカラーフィルターステージ（ＣＳＬＭ）についての要件が、ここで議論される。議論は、特に、最大スループット白色状態（このような設計がまた検光偏光子の適切な回転によって黒色状態を表し得る）に焦点をあてる。
【００７５】
偏光された入力光は、直接、例えばレーザーから生成され得、または光源とＣＳＬＭの間の受動的偏光子を置くことによって生成され得る。多くの種類の受動的偏光子が存在するが、最も通例の受動的偏光子は、直線偏光状態を生成する。従って、議論および例は、直線偏光入力光の特別な場合に集中して示された。しかし、他のニュートラル光入力が直接または間接に、楕円偏光子、またはニュートラル直線偏光子と組み合わせたアクロマティックリターダー構造を使用して生成され得ることが理解されるべきである。
【００７６】
ＣＳＬＭは、偏光モジュレーター（能動的または空間的にパターン化される）のいずれかの側に第一および第二のリターダースタックを含むリターダー構造、ならびに検光ニュートラル偏光子（検光子）を含む。用語「ニュートラル」は、操作帯に渡って、実質的に一定の透過および偏光の有効性を提供する。操作帯は、モジュレーターによって実質的に変調される少なくとも１つのスペクトル部分およびモジュレーターによって実質的に変調されない少なくとも１つのスペクトル部分を含む。
【００７７】
入力光偏光が偏光検光子によって伝達される偏光と異なる場合、効果的な白色状態は、リターダー構造がニュートラル偏光変換を行うことを必要とする。この変換はＳＯまたはＳＡモードで達成され得る。ＳＯモードについて、リターダースタックは、入力光偏光を検光偏光子によって伝達される偏光に変換するニュートラル変換を生成するために協同する。従って、モジュレーター（例えば、ＬＣセル）は、ＣＳＬＭ構造を実質的によりクロマティックであるものに切り換え、これによって所望のフィルターされる操作を達成する。
【００７８】
ＳＡモードについて、ニュートラル変換は、モジュレーターを有するリターダースタックの作用によって、またはある場合ではモジュレーターのみによって達成される。この例は、直線入力偏光状態および直線検光偏光子の特別な場合である。ニュートラル状態では、ＳＯモードまたはＳＡモードにいずれかを使用して、モジュレーターが高い効率の白色状態についてθだけ、または黒色状態についてθ＋π／２だけ偏光を回転させなければなない。ここで、θは検光（出口）偏光子の配向である。モジュレーターは、比較的中性の操作を行うので、モジュレーターがニュートラル状態の特性について大きく原因がある配置を考えることは魅力的である。モジュレーターが特にアクロマティックであり得ないが、アナログモジュレーターが性能を最大にするために、ニュートラルスペクトルのピークの通過を位置付けるために調節され得る。例えば、マルチステージカラーフィルターは、ニュートラル状態のカラーフィルターステージのピーク透過を調節することによって処理能力を最大にし、フィルターされる状態でカラーフィルターステージのピーク透過と一致する。
【００７９】
例えば、ｘ配向入力偏光およびｘ配向直線検光偏光子のような、検光偏光子が偏光の入力状態を分析する特定の場合では、最適の白色状態が、リターダースタック構造が正味ゼロの偏光変換を提供する場合、得られる。これは、入力／出力偏光がリターダースタックの固有偏光であることを要求することと等価である。この場合、好ましいサブセットのリターダースタック設計は、入力／出力偏光がＬＣデバイスの１つの特定の状態についてリターダー構造の固有偏光と一致する設計である。これは、例えば、直線偏光に先立つおよび続くＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍアクロマティックリターダーのような、追加のリターダースタックがクロマティックリターダースタックの前にニュートラル偏光状態を生成し、クロマティックリターダースタックの後にニュートラル偏光状態を分析するために使用される場合を含む。しかし、このような解決は、これらが追加のリターダーを必要とするので、より複雑である。
【００８０】
調和した入力／出力偏光が、ＳＯモードで白色状態を生成する場合、第一リターダースタックは、操作帯内で第二のリターダースタックによって完全に補償されなければならないクロマティックな偏光変換を実行する。これは、単に、入力偏光が組み合わせたリターダースタックの固有偏光に対応することを必要とする。例えば、入力リターダースタック（−７．５°、５２．５°および６７．５°の個々のリターダー配向を有する）を有するゼロ配向直線偏光状態は、６７．５°、５２．５°および−７．５°に配向される個々のリターダーを有する第二のリターダースタックが続き、ニュートラル白色状態が生成する。この特定の構造は、リターデーションおよび配向の両方で対称的であり、従って真の反射モードカラーフィルター／スイッチを可能にすることに留意すること。さらに、このリターダースタック構造が特定の偏光の入力状態必要とし、他の入力偏光配向（例えば、４５°直線または円形入力偏光）について等価に実行しないことに留意するべきである。
【００８１】
「交差スタック」配置は、特定の入力／出力偏光に依存しないＳＯ白色について１つの系統の解決を提供する。２つのリターダーが、等価なリターデーションを有し、交差した配向を有する場合、得られるＪｏｎｅｓマトリクスは、同一性のマトリクスである。この概念は、それぞれの追加の対が同じリターデーションおよび交差した配向を有しながら、いずれかの側に追加のリターダーを加えることによって拡張され得る。このスキームに一致する任意の数のリターダーについて、それぞれのリターダースタックを示すＪｏｎｅｓマトリクスが互いの逆であるので、正味ゼロの偏光変換である。リターダー構造が等方性であるように見えるので、最適の白色状態が任意の適合した入力／出力偏光について得られる。ＳＡモードでフィルターされる出力について最適のスタック設計が、入力リターダースタックによって最適に示される変換器およびクロマティック偏光状態に依存する。
【００８２】
別の場合は、調和した入力／出力偏光がＳＡモードで白色状態を生成する場合である。この場合、入力偏光は、ここでリターダースタックと変換器の両方を含むＣＳＬＭ構造の固有偏光に対応する。例えば、入力リターダースタック（−７．５°、５２．５°および６７．５°に配向された個々のリターダーを有する）を有するゼロ配向直線偏光状態は、−６７．５°、−５２．５°および７．５°に配向される個々のリターダーを有する第二のリターダースタックが続き得る。これは、入力に平行に配向されるＺＴＮ半波プレート（モジュレーター）を有する白色状態を生じる。この構造は、従って上記の対称的な構造の固有偏光を有するように見える。
【００８３】
第二の実施例では、モジュレーターが交差リターダースタックの見掛けを作るように使用され得る。上記入力偏光を使用して、入力リターダースタック、およびＺＴＮ半波プレート配向、第二のリターダースタックが２２．５°、３７．５°および−８２．５°に配向される個々のリターダーを有する。
【００８４】
（Ｂ）フィルターされる出力の要件 透過スペクトルの観点からカラーフィルター構造への要求が、ここで記載される。先に議論されたように、操作帯は、偏光がモジュレーター（例えば、ＬＣデバイス）によって実質的に変調されない少なくとも１つのスペクトル部分と、偏光がモジュレーターによって実質的に変調される少なくとも１つのスペクトル部分を有するとして規定される。好ましい実施態様では、偏光の変調は、検光偏光子の適切な選択によって透過変調になる。さらに、変調されたスペクトル部分は、好ましくは、実質的に完全透過と実質的にゼロ透過との間で変調される。これは、スペクトルの変調される部分内で直交偏光状態間で変調し得ることを必要とする。スペクトルの変調されない部分は、モジュレーターの切り換え状態と独立してその偏光状態を保持しなければならない。従って、スペクトルの変調されない部分の透過は、任意の切り換え状態について実質的に固定（典型的には、完全透過またはゼロ透過）を維持しなければならない。
【００８５】
上記設計の考慮は、２つのリターダースタックの間に配置されるモジュレーターを含むＣＳＬＭフィルター構造に関して考慮される。スペクトルのフィルターされる部分は、直交状態間で完全に変調され、ＣＳＬＭ構造を通ってその透過に対して有意である方法で、変調されないスペクトル部分は、モジュレーターが「見えない」（すなわち、モジュレーターによって変調されない）。スペクトルのフィルターされる部分の偏光は、従来のニュートラルシャッターにおけるようにモジュレーターについて適切に構成されなければならない。スペクトルの変調されない部分は、モジュレーターのゼロ変調状態に対応する偏光（すなわち、モジュレーター固有偏光）を有する。
【００８６】
モジュレーターは、単一層または複合物（すなわち、能動的および／または受動的要素の多層）、ツイストまたはゼロツイストであり、好ましくは、挙動において干渉計的なデバイスである。すなわち、２つの直交固有偏光があり、それぞれは光学的に別の経路長を有する。これらの波の間の経路長が制御され得ると仮定される。それぞれの固有偏光に投射し、モジュレーターを透過する光の偏光状態に影響を与えるのは、波長間の経路長差である。本発明のＣＳＬＭ構造の好ましいモジュレーターは、ゼロツイストネマティック（ＺＴＮ）のような、電圧および波長安定固有偏光を有するものである。逆に、ツイストネマティックデバイスは、波長および電圧に比較的感受性な固有偏光を有する。
【００８７】
本発明の多くの構造が変調帯に渡って安定な波長効果に基づくが、モジュレーターのクロミナンスは、ある場合、色選択技術を高めるために使用され得る。例えば、リターダースタックは、モジュレーターが変調し得る複数のスペクトルの「窓」を開き得る。従って、クロマティックモジュレーターは、スペクトル帯のうちいずれが透過され、いずれがブロックされるかを選択するために使用され得る。しかし、本発明の構造の大部分の性能は、モジュレーターのクロミネンスを抑制することによって高められる。
【００８８】
上記議論を考慮すると、最小限の変調を達成し、最大限の変調可能性のための模範的な入力偏光がある。最小限の変調偏光は、単一の固有偏光に沿ってのみの投射を有する。ＺＴＮデバイスについて、例えば、最小限の変調偏光は、正常および異常波である。最大限の変調偏光は、固有偏光に沿った実質的に等しい投射を有する偏光状態に対応する。ＺＴＮデバイスについて、任意の楕円率を有するが、こすり方向に対して±π／４に配向する楕円軸を有する偏光の系統である。従って、入力リターダースタックは、例えば、特定のバンドで、直線±π／４偏光または円偏光を生成し得、モジュレーターは、それぞれの偏光状態について完全な変調能力を提供し得る。
【００８９】
フィルターをかけた状態の質を評価することはいくぶん複雑である。なぜならば、全てのアプリケーションおよび出力カラーにとって「最高」である単一の設計はないからである。設計の考慮（例えば、ストップバンドに相対的なパスバンドの幅、および転移スロープ）の全ては、フィルターをかけられる特定のカラーおよびアプリケーション要求に依存する。
【００９０】
ディスプレイアプリケーションのための好ましいスペクトルは、所望のスペクトルに適切な周波数領域衝撃係数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を有し、そして正弦または他のスペクトルプロファイルではなく矩形であるスペクトルプロファイルを有する。他のスペクトルプロファイルが好ましいさらなる生理学的または他の理由がある。しかし、一般的に、フィルターは、好ましくは急な転移スロープを有し、これは比較的平坦な遷移バンドおよび比較的平坦なブロッキングバンドを有する。比較的平坦なバンドは、スペクトルにおける一連の分布したハイコントラストのゼロ（ｎｕｌｌ）およびピークを有することによって、達成され得る。ほぼ理想的な透過スペクトルは、リターダースタック内のリターダーの数を増加させることによって、発生され得る。実際問題として、受容可能な転移スロープならびにサイドローブ振幅および配置は、制限数の成分を有する彩度を最適化するために、注意深く選択されなければならない。
【００９１】
カラーフィルター設計を評価する基準は、彩度、色相、およびスループットを考慮することに基づく。彩度および色相は、ＣＩＥ色度図を使用して評価され得る。特定のフィルター出力によって発生されたカラーの質は、一連の重なり積分を計算することによって特徴付けられ得、これは特定のフィルターに通した状態についての透過関数、光源のパワースペクトル（ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）、およびＣＩＥカラー整合関数（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む。
【００９２】
飽和した原色は、所望の第一バンド内に透過される光源パワーと第一バンド外に透過される光源パワーとの間の比率を最大化することによって発生される。フィルター設計は、最適化を非常に特別にするために、光源特性に合わせられ得る。例えば、真の白色源（例えば、６０００Ｋ 黒体）は、分散光源（例えば、ＣＲＴ蛍光物質または蛍光バックライト）よりも大きな要求をフィルター性能に対してする。ブロッキングバンド（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｂａｎｄ）のスペクトルのゼロの位置は、光学成分のリターダンスに依存する。光源のアウトオブバンドパワーのスペクトル最大値で戦略的にゼロを置くことは、有益である。同様に、アウトオブバンドパワーのスペクトル最大値から離れてサイドローブ最大値を置くことは、有益である。受動フィルターは、原色バンドの外にあるバンドを拒絶して彩度を増加させるために、挿入され得る。
【００９３】
（Ｃ）リターダースタック設計 各リターダースタックによって達成される偏光変換は、任意であり、各リターダーフィルムのリタデーションおよび配向によって決定される。しかし、特定の結果を得るために、リターダースタック設計において制限がなされ得る。例えば、ゼロツイストのネマチックＬＣＤが偏光モジュレータとして使用される場合、中心波長の偏光が、第一リターダースタックを発する±π／４配向線形偏光にするために、制限され得る。等しいリタデーション要素からなるリターダースタックを考慮し、各リタデーション要素は、中心波長での、任意のオーダーの、半波リターダンスを提供する。以下の方程式が満たさなければならない： αN−αN-1＋αN-2...α2±α1＝π／８＋ｍπ／４、（１） ここで、ｍは整数であり、Ｎはリターダー要素の数であり、そして最後の符号はＮが奇数か偶数によって決定される。
【００９４】
第一リターダースタックの後、ピーク変調された波長が±π／４配向された線形状態でない設計もまた存在する。準折り畳みＳｏｌｃ設計（ｑｕａｓｉ ｆｏｌｄｅｄ Ｓｏｌｃ ｄｅｓｉｇｎ）に一致する赤色フィルターを考慮する。リターダースタックは、４５０ｎｍで全波であるポリカーボネートリターダーから作製される。この場合、Ｎ＝３で、ロッキング角（ｒｏｃｋｉｎｇ ａｎｇｌｅ）は、π／４回転角に対して７．５°であるべきである。しかし、赤色フィルター設計は、１２°より有意に大きいロッキング角を使用し、これは７２°の回転角を与える。この回転角は、８０７ｎｍ半波波長に対応する。驚くほどのことではないが、効率はこの波長のために悪いが、これは可視は十分に越えている。それにもかかわらず、効率は６６８ｎｍよりずっと短い波長で高く、ここでリターダンスは、半波よりも有意に大きい。この特定の場合、より大きなロッキング角は、より短い波長での効率での回転効率での損失を補償し、６６８ｎｍでの所望の中間の偏光を与える。全赤色透過は可能であり、なぜならば、リターダースタックは、±π／４配向楕円状態を発生する。
【００９５】
（Ｄ）リターダースタック関係 米国特許第５，８２２，０２１号（これは、その全体で本明細書中で参考として援用される）において、構造が開示され、この構造は、白色状態のための平行偏光子間、または黒色状態のための交差偏光子間で、恒等ジョーンズ行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｊｏｎｅｓ ｍａｔｒｉｘ）を作ることによって、アクロマティックな白色状態または黒色状態を作る。任意の入力リターダースタックに対して、逆のリターダースタックが、個々のリターダーの順序を反転すること、および個々のリターダーを入力リターダースタック内の対応する個々のリターダーからπ／２回転することによって、作られる。透過は、全ての波長に対して均一であり、損失のない成分を想定し、そして交差リターダースタック間のモジュレータが「消される」ように作られることを想定する。交差リターダースタック配列において、白色状態の質は、モジュレータ配向または電気光学効果にかかわらず保証され、但し、モジュレータは効果的に消されるように作られ得る。従って、フィルターをかけられた状態は、白色状態の質への影響を考慮することなしに、設計され得る。このような独立の設計特性の１つの結果は、ＳＯニュートラル配列（ＳＯ ｎｅｕｔｒａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）は、複数のステージフィルター設計に容易に適応され得る。
【００９６】
本発明の一部は、交差リターダースタックの間にゼロツイストネマチック（ＺＴＮ）ＬＣモジュレータを０またはπ／２に配向することによって、多くの有用なフィルタリング操作（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が得られ得るという発見である。入力リターダースタックは、α1、α2、...αNで配向された個々のリターダーを有し、第二のリターダースタックは、π／２＋αN、...π／２＋α2、π／２＋α1で配向された個々のリターダーを有することを想定する。ＺＴＮ ＬＣモジュレータは、変調されたバンド幅に対して半波リターダーであり、ＳＡモードにあるＺＴＮ ＬＣモジュレータは、効率的に第二リターダースタック内の個々のリターダーの角をπ／２−αN、...π／２−α2、π／２−α1へ切り換えることを想定する。
【００９７】
従って、状態は、第二リターダースタック内の個々のリターダーに交差リターダースタックを有するＳＡモードで作られた効率的な配向を単に与えることによって、反転される。これは、ＳＡ白色状態を作り、ＬＣモジュレータクロミナンスの白色状態透過に対する影響を受けやすい。このようなＳＯフィルターをかけた配列は、ＬＣモジュレータクロミナンスのフィルタをかけた状態に対する影響が過度である場合、価値がある。
【００９８】
さらに、ＳＡ白色状態の質が、ＬＣモジュレータクロミナンスのみによって実質的に決定され、そして、そういうものとして、任意の波長で最大の透過を提供するように調整され得る。これは、マルチステージＳＡ白色フィルターにおいて高いスループットを提供するために重要である。少しでも影響が見られる場合、リターダースタックの白色状態に対する影響は、透過を増加する。リターダースタックによって、白色状態の透過を下げることは見出されていない。
【００９９】
ＳＡ白色状態がＬＣモジュレータクロミナンスのみによって損なわれる設計は、同様のクロミナンスを有するＳＯ白色出力を有する設計よりも一般的に好ましい。ＳＯ白色出力設計は、準ニュートラル変換（ｑｕａｓｉ−ｎｅｕｔｒａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を作り白色状態を生じるためにリターダースタックを使用する設計のことを言う。ＳＡ白色設計は、マルチステージフィルターにおいて好ましく、なぜならば白色状態は、スループットを最大化するように調整され得るからである。逆に、ＳＯ白色状態は、スループットの損失を表す固定クロミナンスを有する。
【０１００】
ニュートラル透過スペクトルとフィルターをかけた透過スペクトルとの間の変調のための設計選択の範囲を表すＣＳＬＭデバイスの例を、ここでは議論する。議論されるＣＳＬＭデバイスの全ては、偏光モジュレータのためのＺＴＮ ＬＣデバイスを使用する。しかし、モジュレータ配向に対する種々の選択、リターダースタック相互作用、および偏光子配向はまた議論される。
【０１０１】
（実施態様１：ＳＯ白色、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
本発明のＣＳＬＭの１実施態様は、交差ｃｒｏｓｓｅｄリターダースタックおよび平行偏光子（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を備え、そして実質的に理想的なＳＯ白色出力を与える。ＣＳＬＭ構造１０を図３に示す。ＣＳＬＭ構造１０は、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００、第一リターダースタック１１０、および第二リターダースタック１２０を備える。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００およびリターダースタック１１０および１２０を、入力偏光子１３０と出力偏光子１４０との間に配置する。入力偏光子１３０の配向は、出力偏光子１４０の配向に対して平行である。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００を、入力偏光子１３０に対して、平行または垂直に配向し、そして変調されたバンドの中心の波長で半波のリターダンスを提供する。ＳＡモードにおいて、半波ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、入力偏光軸周りで入力偏光を反射し、それによって一方のリターダースタック１１０の外見上の配向を他方のリターダースタック１２０に関して変化させる。
【０１０２】
図３に示す交差スタックＣＳＬＭは、各リターダースタックおよび７．５°のロッキング角において、３個の個別のリターダー、好ましくはリターダーフィルムを使用するマゼンタ／白カラーフィルターである。詳細には、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して７．５°で配向された第一フィルムリターダー１１０ａ、入力偏光子１３０に関して−７．５°で配向された第二フィルムリターダー１１０ｂ、および入力偏光子１３０に関して７．５°で配向された第三フィルムリターダー１１０ｃを備える。リターダースタック１２０は、第一、第二および第三のリターダーフィルム１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃを備え、それぞれ入力偏光子１３０に関して、−８２．５°、８２．５°および−８２．５°で配向される。
【０１０３】
第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーの全ては、緑色（５４０ｎｍ）において１．５波リターダーであり、緑色光に対してπ／４偏光回転（半波リターダンス）を提供する。このカラーフィルター設計は上述の母関数を満たし、従って５４０ｎｍの光は第一リターダースタック１１０の後で線形π／４配向されることに注意する。これによって、緑色光は、０配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータによる変調のために十分に利用可能である。青色光および赤色光の両方は、入力偏光子１３０の偏光軸に沿って配向されたままであり、これはＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の固有偏光と一致する。従って、青／赤偏光を変調するＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の機構は存在せず、いずれのＬＣ遅延からも独立している。青／緑と緑／赤との間の遷移バンドは急であり、フィルターにかけた状態のスクエアノッチを生じる。スペクトルは、各パスバンド（青／赤）における３つの最大値、およびストップバンド（緑）における２つのゼロによって特徴付けられる。ピーク／ゼロ間のサイドローブの振幅がおよそ１％である。
【０１０４】
加法原色バンド（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｂａｎｄ）の１つのみがＺＴＮ ＬＣモジュレータによって切り換えられるので、モジュレータクロミナンスのＳＡスペクトルへの影響は、ほとんど検出不可能である。白色スペクトルは実質的に理想的であり、なぜならば第一リターダースタック１１０と第二リターダースタック１２０とが交差しているからである。
【０１０５】
（実施態様２：ＳＡ交差スタック、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図４は、図４のカラーフィルターがＳＡモードで白色出力を透過することを除いて、図３で示すカラーフィルターと類似の、マゼンタ／白（Ｍ／Ｗ）カラーフィルターを示す。図３で示すカラーフィルターと同様に、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、入力偏光子１３０に対して平行または垂直（π／２）に配向され、従ってモジュレータ１００は４５°偏光を変調し、そしてモジュレータ１００は、変化されていない入力偏光子１３０の偏光軸に沿って配向される光を通過させる。
【０１０６】
第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、７．５°、−７．５°、および７．５°でそれぞれ配向した個々のリターダーフィルム２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、８２．５°、−８２．５°、および８２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダーフィルム２２０ａ、２２０ｂ、および２２０ｃを備える。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダースタックフィルムは、緑色（５４０ｎｍ）において１．５波リターダーである。従って、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０のそれぞれは、緑色光に対してπ／４偏光回転（半波リターダンス）を与える。脱出偏光子（ｅｘｉｔ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）１４０は、入力偏光子１３０の偏光軸に対して平行であるその偏光軸と共に配向される。従って、光出力は、マゼンタ状態と白色状態との間で変調される。
【０１０７】
０またはπ／２以外のＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００の配向について、設計は、第二リターダースタック１２０への効率的な入力を考慮して、ＳＡ白色状態のために作られ得る。例えば、第二リターダースタック１２０の配向および脱出偏光子１４０は、交差リターダースタックおよび平行偏光子を効率的に提供するように、選択される。この白色状態は、モジュレータ１００が変調されたバンド全体にわたってアクロマティックである範囲で、実質的に理想的である。
【０１０８】
配向αLCを有するモジュレータは、２αLCの効率的な出力偏光を生成し、配向２αLC−α1、２αLC−α2、２αLC−αNを有する効率的な出力リターダースタック１１０を伴う。従って、効率的な交差リターダースタック白色出力は、２αLCでの脱出偏光子１４０およびπ／２＋２αLC−αN、...π／２＋２αLC−α2、π／２＋２αLC＋２αLC−α1での第二リターダースタック１２０を配向することによって、発生され得る。
【０１０９】
（実施態様３：ＳＯ交差スタック、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図５は、マゼンタ／白出力を有するカラーフィルターの別の実施態様を示す。図３および４の実施態様と同様に、入力偏光子１３０および脱出偏光子１４０を、互いに関して平行に配向する。しかし、ＺＴＮ ＬＣ半波モジュレータ１００を、入力偏光子１３０に関して±π／４で配向する。従って、モジュレータ１００は、入力偏光子１３０の偏光軸に平行に配向された光の偏光を変調し、そして変化されていない入力偏光子１３０に関して±π／４で配向された光の偏光を残す。
【０１１０】
図３および４に示すカラーフィルターと同様にＭ／Ｗ出力を得るために、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０を改変し、従ってそれらはそれぞれ緑色（５４０ｎｍ）において全波リターダンスを提供する。図３に示すカラーフィルターにおいて、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０は互いに関して交差するので、従って実質的に理想的な非常に白色である出力を提供する。
【０１１１】
第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および−６０°で配向した個々のリターダー３１０ａ、３１０ｂ、および３１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、３０°、−１５°、および−６７．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー３２０ａ、３２０ｂ、および３２０ｃを備える。
【０１１２】
（実施態様４：ＳＡ交差スタック、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、交差偏光子）
図６は、白色出力がＳＡモードで達成されること以外は、図５に示すＣＳＬＭと同様の、ＣＳＬＭ１０の別の実施態様を示す。ＺＴＮ ＬＣ半波モジュレータ１００は偏光の状態を反射し、従って入力偏光がπ／２で配向されるように見え、そして第一リターダースタック１１０が配向π／２−α1、π／２−α2、...π／２−αNを有するように「見える」。ＳＡ白色状態は、交差リターダースタックおよび平行偏光子の「見かけ」を作ることによって、発生される。このことは、π／２での脱出偏光子１４０を配向し、そして−αN、...−α1での第二リターダースタック１２０における個々のリターダーを配向することによって、なされる。この得られた構造は、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０の対向するサインを有する。
【０１１３】
図６に示す実施態様において、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および−６０°でそれぞれ配向した個々のリターダー４１０ａ、４１０ｂ、および４１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、６０°、−７５°、および−２２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー４２０ａ、４２０ｂ、および４２０ｃを備える。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーは、５４０ナノメートルで全波リターダンスを提供する。
【０１１４】
（実施態様５：ＳＯ白色（固有偏光）、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
交差リターダースタックの代替は、ＣＳＬＭ構造の固有偏光を使用してニュートラル出力を達成することである。図７は、図６のＣＳＬＭ実施態様の改変であるＣＳＬＭ１０の別の実施態様を示す。図７のＣＳＬＭ１０において、白色出力は、固有偏光を使用してＳＯモードで得られる。±π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、０および／またはπ／２配向偏光を有するスペクトルを変調するために本実施態様で使用される。
【０１１５】
図７のＣＳＬＭ１０は、Ｍ／Ｗ ＣＳＬＭであり、第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０内の個々のリターダーは、５４０ｎｍ（緑）でリターダンスの２個の全波を提供する。第一リターダースタック１１０および第二リターダースタック１２０は、それぞれ青色および赤色バンドにおける半波リターダーであり、第一リターダースタック１１０は青色および赤色バンドにおける±π／４配向偏光を生じる。そういうものとして、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、青色および赤色バンドの偏光の状態を変調しない。
【０１１６】
図７の特定の実施態様において、第一リターダースタック１１０は、入力偏光子１３０に関して、２２．５°、７５°、および６０°でそれぞれ個々のリターダー５１０ａ、５１０ｂ、および５１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、入力偏光子１３０に関して、−６０°、７５°、および２２．５°でそれぞれ個々のリターダー５２０ａ、５２０ｂ、および５２０ｃを備える。
【０１１７】
（実施態様６：ＳＡ白色（固有偏光）、π／４配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、交差偏光子）
図８のＣＳＬＭにおいて、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、第一リターダースタックの見かけを改変し、従ってフィルターをかけた出力を発生する。半波リターダンスにおいて、入力偏光子１３０および出力偏光子１４０は交差しているように見え、そして第一リターダースタックは、配向６７．５°、１５°および−３０°を有するように「見える」。
【０１１８】
図８に示すＣＳＬＭ１０において、入力偏光子１３０および出力偏光子１４０は交差しており、そして第一リターダースタック１１０内の個々のリターダー６１０ａ、６１０ｂ、および６１０ｃは、入力偏光子１３０に関して、６７．５°、１５°、および−３０°でそれぞれ配向される。第二リターダースタック１２０内の個々のリターダー６２０ａ、６２０ｂ、および６２０ｃは、図６に示す対応する個々のリターダーと同一の配向を有する。
【０１１９】
図８に示す配置は、固有偏光としてＳＡモードの白色状態を生じる。
【０１２０】
（実施態様７：ＳＯ白色（固有偏光）、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
図９に示すＣＳＬＭ実施態様は、図７に示すＣＳＬＭで使用されると同一のリターダースタック配置を使用する。しかし、異なるフィルターをかけた状態が、０°でＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００を配向することによって発生される。ニュートラル出力がＳＯモードで得られるので、そのスペクトルは、垂直な入射で変化しない。０°配向したＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、±π／４配向された偏光を変調する。従って、緑色モジュレータ（Ｍ／Ｗ設計）は、リターダースタック１１０および１２０を使用し、これらは、緑色（５４０ｎｍ）半波の個々のリターダー７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７２０ａ、７２０ｂ、および７２０ｃから成る。ＳＡモードにおいて、ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、リターダースタックの１つにおける角度のサインを切り換えることの「見かけ」を作る。
【０１２１】
（実施態様８：ＳＡ白色（固有偏光）、０°配向ＺＴＮ ＬＣモジュレータ、平行偏光子）
ＳＡ白色状態は、図９に示すＣＳＬＭ１０のリターダースタック（１１０または１２０）の１つにおける個々のリターダーの角度のサインを逆転することによって、固有偏光として得られ得る。そういうものとして、フィルターをかけた出力はＳＯモードで得られる。
【０１２２】
この配置を組み込むＣＳＬＭ実施態様を図１０に示す。この実施態様において、第一リターダースタック１１０は、図９に示す個々のリターダー７１０ａ、７１０ｂ、および７１０ｃと同一の配向を有する個々のリターダー８１０ａ、８１０ｂ、および８１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、６０°、−７５°、および−２２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー８２０ａ、８２０ｂ、および８２０ｃを備える。図９に示すＣＳＬＭにおけるのと同様に、図１０に示す実施態様におけるＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は、０°で配向される。
【０１２３】
（実施態様９：整調可能なピーク透過を有するＳＡ白色）
モジュレータのクロミナンスが、ＳＡモードで適切な彩度を有するスペクトルを発生させるためには大きすぎる場合、このようなスペクトルは、ＳＯモードにおいて最も良く発生される。従って、白色状態は、開いた状態のほとんどのＬＣシャッターデバイスの透過特性の損失を反射する。しかし、ＺＴＮニュートラルシャッターと同様に、ＣＳＬＭの白色状態のピーク透過は、スループットを最小化するために調整され得る。図１１は、整調可能な白色状態を有するＳＯ緑色ＣＳＬＭ１０を示す。
【０１２４】
ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００が調整可能であり、従ってＣＳＬＭ１０の白色状態のピーク透過が、スループットを最大化するために調整され得る。入力偏光子１３０および出力偏光子１４０が交差配向を有する。第一リターダースタック１１０は、７．５°、−７．５°、および５２．５°でそれぞれ配向した個々のリターダー９１０ａ、９１０ｂ、および９１０ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、−５２．５°、７．５°、および−７．５°で配向した個々のリターダー９２０ａ、９２０ｂ、および９２０ｃを備える。ＺＴＮ ＬＣモジュレータ１００は４５°で配向される。
【０１２５】
（反射モードＣＳＬＭ）
反射モードＣＳＬＭ２０を図１２に示す。反射モードＣＳＬＭ２０は、入力偏光子１３０、反射体１１００、および入力偏光子１３０と反射体１１００との間に配置されたリターダースタック１２００を備える。リターダースタック１２００は、それぞれリターダンスΓ1、Γ2、...ΓNおよび配向α1、α2、...αNを有する多数の個別のリターダー１２１０ａ、１２１０ｂ...１２１０ｃを備える。作動中、光は入力偏光子１３０を通過し、個々のリターダー１２１０ａ、１２１０ｂ...１２１０ｃを通り、反射体１１００に反射し、個々のリターダー１２１０ｃ...１２１０ｂ、および１２１０ａを通過して戻り、そして入力偏光子１３０を通過して戻る。従って、入力偏光子１３０はまた、脱出偏光子として機能し、そしてリターダースタック１２００は第一および第二のリターダースタックの両方として機能する。通過光が反射モードＣＳＬＭ２０を取ることをより明確に示すために、反射モードＣＳＬＭ２０の「展開」模式図を図１３に示す。
【０１２６】
反射モードＣＳＬＭ２０は、α'i＝αiの制約を有する。アクロマティック変換が、設計の選択の範囲を広げるために挿入され得るが（ＡｍｍａｎｎおよびＹａｒｂｏｒｏｕｇｈ）、このような変換を避けることによってスタックの設計を簡単にすることが最も望まれる。逆反射配置において、展開図は、入力および出力偏光子（偏光子１３０と共に実行される）が平行であり、リターダースタックに対応する層が個別の配向を有することを示す。偏光スプリッター（図示せず）が使用される場合、平行偏光子出力または交差偏光子出力の間の選択肢が存在する。
【０１２７】
図１４は、反射モードデバイスを実行するのに必須の対称性を有する３つのリターダー（Ｎ＝３）を備える設計を列挙した表である。図１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ反射モードマゼンタＣＳＬＭの実測出力、およびイエローＣＳＬＭの測定された出力のプロットである。シアンＣＳＬＭは、図１４に列挙される設計＃８、４３０ｎｍで全波のリターダンスを提供するポリカーボネートリターダーを使用する。マゼンタおよびイエローＣＳＬＭは、図１４に列挙される設計＃５を使用する。マゼンタＣＳＬＭは、５４０ｎｍで１．５波ポリカーボネートリターダーを使用し、イエローＣＳＬＭは４６０ｎｍで１．５波ポリカーボネートリターダーを使用する。全てのＣＳＬＭは、Ｎｉｔｔｏ−Ｄｅｎｋｏ ＥＧ １４２５ＤＵヨウ素偏光子の２つのシートで構成され、これは白色出力の覆いを形成する。透明電極損失はまた、出力プロファイルの形状に寄与する。
【０１２８】
（他の実施態様）
上記のＣＳＬＭの実施態様は、補色のスペクトルの不変の透過を保持しながら、作動バンドの一部分（スペクトル）の透過を制御するためのＬＣモジュレーターを利用する。好ましい実施態様は、変調されていないスペクトルが、完全に透過されるか、または完全に消失するようなものである。ＬＣモジュレーターは、白色状態と実質的により飽和しているフィルターにかけた状態との間で変調するため、変調されていないスペクトルが完全に透過される実施態様は、可変彩度ＣＳＬＭを示す。ＬＣモジュレーターは、フィルターにかけた状態と黒色状態との間で変調するため、変調されていないスペクトルが完全に消失する実施態様は、可変輝度ＣＳＬＭである。多くの場合において、可変輝度ＣＳＬＭは、フィルターにかけた状態から一定のカラーコーディネートを有する黒色状態への完全な変調を可能にする。
【０１２９】
別のタイプのフィルターは可変色相フィルターである。可変色相フィルターは、フィルターにかけた状態に相当するＣＩＥ図上に２つの端点を有するフィルターである。従って、ＬＣモジュレーター（単数または複数）の作用は、フィルターにかけた状態とニュートラル状態との間よりむしろ２つのフィルターにかける操作間での変調である。いくつかの可変色相フィルターの例が、米国特許第５，７５１，３８４号に提供され、これはその全体が本明細書中で参考として援用される。このタイプのフィルターはまたＣＳＬＭで実行され得る。
【０１３０】
図１６は、可変色相フィルター（ＣＳＬＭ）１０を示し、これは緑色出力とマゼンタ出力との間で切り替わる。これは、リターダースタックカラー偏光子（ＳＰＦ）の外側にあるＬＣスイッチを利用するステージのＧ／Ｍ出力と比較され得る。このような配置において、緑色およびマゼンタのスペクトルは正反対（補色）であり、５０％の透過点で交わる。しかし、ＣＳＬＭ１０のＧ／Ｍスペクトルは正確に補色ではあり得ない。２つのスペクトルの和は、純なシアンバンドおよび純なイエローバンドで実際にノッチを有し、これはディスプレイの用途に望ましい。標準型ＳＰＦのように、２つのスペクトルは、半波リターダーをπ／４だけ回転することによって発生し得る。
【０１３１】
図１６のＣＳＬＭ実施態様において、複合半波モジュレーター１３００は、モジュレーターとして使用され、そしてπ／４配向を無色にする。複合半波モジュレーター１３００は面内スイッチング（ＩＰＳ）モジュレーター１３１０、ならびにＩＰＳモジュレーター１３１０の各側面に配置された半波リターダー１３２０および１３３０を備え、そして１５°で配向される。第一リターダースタック１１０は、それぞれ７．５°、−７．５°および７．５°で配向された個別のリターダー１４００ａ、１４００および１４００ｃを備える。第二リターダースタック１２０は、それぞれ−８２．５°、８２．５°および８２．５°で配向された個別のリターダー１４１０ａ、１４１０ｂおよび１４１０ｃを備える。複合半波モジュレーター１３００は、第一リターダースタック１１０と第二リターダースタック１２０との間に配置され、これらは全て平行偏光子１３０と１４０との間に配置される。
【０１３２】
ＩＰＳモジュレーター１３１０が５π／１２で配向される場合、４０ｎｍのバンドパス幅を有する緑色出力が透過される。ＩＰＳモジュレーター１３００が２π／３回転される場合、４９４ｎｍおよび５９６ｎｍで半最大点を有するマゼンタが出力である。これらのスペクトルは１０％の透過点で重なる。
【０１３３】
図１７は４６個のさらなるＳＯフィルターＣＳＬＭ設計を示す表であり、図１８は４６個のさらなるＳＯニュートラルＣＳＬＭ設計を示す表である。図１９は５６個のさらなる交差偏光子ＣＳＬＭ設計を示す表であり、ここでα1−α2＋α3＝２２．５°である。図２０は５９個のさらなる交差偏光子ＣＳＬＭ設計を示す表であり、ここでα1−α2＋α3＝６７．５°である。
【０１３４】
（マルチステージフィルター）
マルチステージＣＳＬＭは、１つ以上の検光偏光子と直列の２つ以上のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージを備える。各リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージは、モジュレーターの各側面に配置されたリターダースタックを有するモジュレーターを備える。典型的には、偏光子はニュートラルであるが、特定のスペクトル成分を分析するように設計された偏光子は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージを分離し得る。２偏光子および４偏光子フルカラーマルチステージＣＳＬＭの例は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージがカスケード型の場合に起こる発行物を例示するために使用される。マルチステージＣＳＬＭは、以下でより詳細に説明されるように、カラーシーケンサーとして使用され得る。
【０１３５】
図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ２つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭおよび４つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭのブロック線図である。図１７Ａに示される２つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０、青色ステージ１４４０、および入力偏光子１４５０に関して交差した出力偏光子１４６０を備える。図１７Ｂに示される４つの偏光子、３つのステージＣＳＬＭは一般に、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、この赤色ステージ１４２０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、この緑色ステージ１４３０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４８０、青色ステージ１４４０、およびこの青色ステージ１４４０によって透過されるスペクトル成分を分析するための偏光子１４９０を備える。
【０１３６】
ステージの実際の数は任意であることが留意されるべきである。さらに、赤色、緑色および青色ステージは図２１Ａおよび２１ＢのＣＳＬＭに例示の目的で示されるが、他の色を変調するステージが使用され得るということを理解するべきである。上記のほとんどのＣＳＬＭ設計は、共通経路フルカラーディスプレイがビデオレイトパネル（ｖｉｄｅｏ ｒａｔｅ ｐａｎｅｌ）を使用するのを可能にするために、各ＣＳＬＭステージ内のモジュレーターがピクセル化されることを可能にする。上記の小数のＣＳＬＭ設計は、特に加法原色または減法原色の発生のいずれかのみを特に意図される。
【０１３７】
（２偏光子、３ステージＣＳＬＭ）
図２１Ａに示される一般的な２偏光子のマルチステージＣＳＬＭの重要な利点は、高い光効率である。なぜなら、これは偏光された入力、および最後の個々のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージに続くシグナル検光偏光子を必要とするにすぎないためである。検光偏光子は、リターダースタックおよびモジュレーターの外部に配置され得、すでにＬＣＤ逐次プロジェクターのようなシステム内にある偏光子を操作および／または利用する電力を増大する。入力光は非偏光でなければならず、偏光ビームスプリッターは２つの光路を形成するために使用され得る。これらの通路は、リターダースタックおよびモジュレーターによって個別に処理され得、第二偏光スプリッターと再び合わされる。原理的にこれは実質的に損失のないフィルターにかける操作を表す。これはシステムの「ｅｔｅｎｄｕｅ」が増加することなく達成される。ただし、マルチステージＣＳＬＭの次の構成要素は、偏光に対する感度が良くない。このような構成要素はデジタルマイクロミラー（ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ）デバイス（ＤＶＤ）の場合である。
【０１３８】
１つの検光偏光子を備えるフルカラーマルチステージＣＳＬＭの設計における課題は、リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ間の相互作用を最小にすることである。偏光の状態は、各リターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ後に分析されないため、これらのステージは、電力伝達ベースよりむしろフィールドベースで相互作用する。従って、２偏光子設計は４偏光子設計より優れたステージの独立性を必要とする。偏光検光子は、ＣＳＬＭステージを単離しないため、ニュートラル状態のモジュレータークロミナンス（または垂直でない入力光）によってもたらされる任意の偏光効果は、フィルターにかけた状態の任意のリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ用のカラーコーディネートのデグラデーションを表す。ニュートラル状態の質が（黒色状態の濃さまたは白色状態の平坦性）を改良するため、これらのステージの独立性が改良され、ＳＯニュートラル状態を好ましい設計選択にする。
【０１３９】
２偏光子設計の重要な利点は、４偏光子設計に比べてより多数の利用可能な設計の選択肢があることである。特に、２偏光子ＣＳＬＭは、加法モードにおいて作動され得る。上記のように、ステージは、減法モードにおいて可変彩度フィルターとして挙動し、加法モードにおいて可変輝度フィルターとして挙動する。１つの偏光検光子のみが使用される場合、白色状態より黒色状態を使用する設計が考えられ得る。黒色状態は単に、特定のステージが、平行偏光子間ではなく交差偏光子間で「消える」ことを意味する。用語「消える」は、ステージを通過する入力光の偏光が保持されることを表すのに使用される。従って、ステージが存在しないように見える。マルチステージＣＳＬＭの状況において、他のステージはフィルターモードに切り換えるのに利用できる状態のままであるため、黒色状態は他の出力スペクトルを除外しない。逆に、全てのニュートラル偏光子を使用する４偏光子フィルターは、白色があらゆるリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージの共通出力であることを必要とする。従って、単に検光偏光子を回転することによって、ＣＳＬＭは減法フィルターからいくつかの重要な性能を有する加法フィルターに変換される。
【０１４０】
加法モード設計の利点は、減法原色および白色より、加法原色および黒色の質を優先することであり、これはディスプレイの適用に重要である。入力および出力偏光子が交差する場合、偏光子間の構造を消すことが不可能なため最初に黒色状態の質が落ちる。逆に、入力および出力偏光子が平行の場合、黒色状態は、偏光を直交状態に変換する偏光子間の構造に依存する。フルカラー減法モード構造体を使用する場合、これは、３つのリターダースタック／モジュレーター／リターダースタックステージ（各々は１つの加法原色の偏光を直交状態に回転することを請け負う）の共同作用を必要とする。典型的に、これは手に負えそうもない仕事である。
【０１４１】
他の利点は、色の発生に関連する。加法モード設計は、ステージ間の共同作用を必要としない単一のＣＳＬＭステージを直接使用して加法原色を生じる。従って、各ステージは、他のステージの特徴を無視して独立して設計され得る。ただし、ニュートラル状態は適切な質である。従って、加法モードＣＳＬＭを用いて、ＳＯモードにおいて理想的には、ステージは「消え」、各ステージは、１つの加法原色の透過を独立して測定することを請け負う。
【０１４２】
加法的に減法原色を発生する場合、ステージ間の相互作用が原因の性能損失は、減法的に加法原色を発生する場合に比べてしばしばあまり重要ではない。電力の維持によって、加法および減法フィルターの透過スペクトルが互いに逆になることに留意されたい。このことを考慮すると、黄色スペクトル中に純なイエローノッチを有することは、青色スペクトル中に黄色サイドローブを有することより色彩的により良好である。同様に、シアンスペクトル中に純なシアンノッチを有することは赤色スペクトル中に純なシアンサイドローブを有することより色彩的により良好である。最も重要なことには、白色出力中の純なシアンおよび純な黄色ノッチは、黒色状態の純なシアンおよび純な黄色サイドローブよりも重要性が少ない。
【０１４３】
（投影ディスプレイ ＲＧＢ ＣＳＬＭ カラーシーケンサー）
投影ディスプレイにおいて、高い光効率を持続することが最優先される。さらに、ＣＳＬＭカラーシーケンサー（ＣＣＳ）は、プロジェクターランプの高い光レベルを処理しなければならない。従って、好ましくは、内部偏光子はＣＣＳ設計から排除される。スループットを減らさないために、好ましくは、このＣＣＳは、ビューイングタイム中のボトルネックまたは衝撃係数を生じない。従って、ＣＳＬＭの過渡的挙動が考慮されなければならない。
【０１４４】
幸いにも、視野の要件は、２偏光子設計において有利な直視システムのため緩和される。典型的には、１０°〜１５°の半円錐角度が受容可能である。これらを最優先して、プロジェクターＣＣＳについての好ましい実施態様が、ここで記載される。多くの議論は、単一のピクセルカラーシーケンサーに集中するが、この例はまた、スタックした３つのステージ、ピクセル化したカラーディスプレイに適用する。
【０１４５】
図２２Ａに示すように、プロジェクターＣＣＳ用の第１の好ましいＣＳＬＭ設計は、ＳＡ赤色ステージ１１４０，ＳＡ緑色ステージ１４３０、およびＳＡ青色ステージ１４２０を有する２偏光子加法（ＳＯ黒色）設計である。青色ステージ１４２０は、第一リターダースタック１４７０、４５０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１４８０および第二リターダースタック１４９０を備える。緑色ステージ１４３０は、第一リターダースタック１５００、５４０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１５１０、および第二リターダースタック１５２０を備える。赤色ステージ１４４０は、第一リターダースタック１５３０、６５０ｎｍ半波ＬＣモジュレーター１５４０、および第二リターダースタック１５５０を備える。リターダースタック１４７０、１４９０、１５００、１５２０、１５３０および１５５０を備える、個々のリターダーの好ましいリターダンスおよび配向は、図２２Ａで列挙され、議論されていない。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は、９０°配向される。リターダースタック１４７０、１４９０、１５００、１５２０、１５３０および１５５０を構成する個々のリターダーは、好ましくはＺ延伸ポリマーフィルム（例えば、Ｎｉｔｔｏ ＮＲＺTMポリマーフィルム）である。
【０１４６】
図２２Ｂは、投影ＣＣＳ用の第２の好ましいＣＳＬＭ設計を示す。２２Ａの設計のように、２２Ｂの設計は、ＳＡ赤色ステージ１４４０、ＳＡ緑色ステージ１４３０、およびＳＡ青色ステージ１４２０を有する２偏光子加法（ＳＯ黒色）設計である。図２２Ｂの設計におけるＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は、それぞれ４５０ｎｍ、５５０ｎｍおよび６２０ｎｍ半波ＬＣモジュレーターである。リターダースタック１４７０、１４９０、１５２０、１５３０および１５５０を備える個々のリターダーの好ましいリターダンスおよび配向は、図２２Ｂに列挙され、議論されていない。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０は０°配向される。
【０１４７】
図２２Ａの設計とは異なり、図２２Ｂの設計は、視野を改善するためのコンペンセーターを備える。具体的には、リターダースタック１４９０、１５２０および１５５０は、面内コンペンセーター１４９０Ａ、１４９２Ｂおよび１４９２Ｃを備える。さらに、リターダースタック１４９０および１５２０は、Ｚコンペンセーター１４９４Ａおよび１４９４Ｂを備える。面内コンペンセーターおよびＺコンペンセーターは、ＣＳＬＭカラーシーケンサーの視野を改善するのを助ける。Ｚコンペンセーター１４９４Ａおよび１４９４Ｂは、適切なセルローストリアセテートおよび二軸延伸ポリマー（例えば、ポリカルボネート）である。
【０１４８】
図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、３個のＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０を有する。補色の切り換えに基づくＣＣＳは２個のＬＣ変調基を有するのみであるが、図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、重要な利点を提供する。第一に、３ステージ設計は、補色の２つのステージ設計において必要な内部偏光子を排除する。適切に選択されたガラス、伝導性コーティングおよびスペーサー濃度を用いることによって、ステージの損失は、１ステージあたり約１〜２％まで減少し得る。対照的に、内部偏光子として使用される各色素充填偏光子は、１６％より大きい損失をもたらす。
【０１４９】
第２に、５０％の透過点で重なる補色リターダースタックベースの設計とは異なり、図２２Ａおよび２２Ｂ設計の各ステージからのスペクトルは、互いに独立している。
【０１５０】
第３に、ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０の各々は、１つの加法原色のバンドにわたってのみアクロマティックである必要があり、一方、補色ベースの設計（二重系ブロッキングを想定して）は２つの加法原色のバンドにわたるアクロマティックな挙動が必要である。
【０１５１】
第４に、補色ベースのフィルターとは異なり、ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０のリターダンスは、３つのステージＣＣＳのカラーコーディネートに顕著な影響を有す必要はない。このことにより、スペクトルはＬＣモジュレーターの細部の特徴と無関係であるために、３つのステージＣＣＳは非常に強くなる。
【０１５２】
第５に、以下でより詳細に議論されるように、図２２Ａおよび２２Ｂの設計は、その好ましい過渡的挙動のため、ほぼ１００％のビューイングを可能にする。
【０１５３】
図２３は、図２２Ａおよび２２ＢのＣＣＳについての真理表である。全てのＬＣモジュレーターが高度に駆動（「オフ」状態）されると、黒色状態が得られる。各ステージのスタックの第一および第二のリターダーのリタデーションが等しくなり、正確に交差するという点、およびＬＣモジュレーターが完全に消され得るという点で、コントラスト率は、制限された偏光子である。適切な製造耐性が与えられると、適切に補償されたＬＣモジュレーターを使用して、２００：１の平均コントラストが達成され得る。
【０１５４】
各リターダースタックの独立した最適化により、さらなるノッチフィルターに関連する損失なしで、ほぼ理想的なカラーコーディネートが達成し得る。そうでなければ、このようなフィルターは、中間原色光（ｉｎｔｅｒｐｒｉｍａｒｙ ｌｉｇｈｔ）を除くために補色に基づいた設計に必要とされ得る。受容可能なカラーコーディネートを達成することは、ランプのスペクトル（およびシステム内の色の損失）、リターダースタック内の別個のリターダーフィルムの数、ならびにステージによって変調された特定の原色バンドに依存する。バンドパスの中心の波長が増加するにつれて、性能を維持するためのリターダーフィルムの数を増やす必要がある。例えば、Ｂ／Ｋステージ１４２０おいて、第一および第二リターダースタック１４７０および１４９０の各々には、たった３個のリターダーフィルムが使用される。なぜなら、リタデーションのΔｎ（λ）／λ依存は、ストップバンド幅を改善するのに役立つ。一般に、２または３個の別個のリターダーフィルム有するリターダースタックを使用する青色ステージは、受容可能なコーディネートを与える。
【０１５５】
逆に、リタデーションのΔｎ（λ）／λ依存は、Ｒ／Ｋステージ１４４０のストップバンド幅を減らす傾向がある。従って、さらなるリターダーフィルムは、好ましくは、リターダースタック１５３０および１５５０に使用される。例えば、リターダースタックに使用される１．５λの赤色リターダーフィルムは、２．５λの青色であり、これはマゼンタの出力を生じる。これは、ＬＣ色モジュレータークロミナンスを使用して、青色状態を排除し、かつ青色ステージ１４２０を使用してさらに青色透過を減らすことによってアドレスされ得る。しかし、このタイプの設計は、あまり強くない。なぜなら、これは、モジュレーターのリターダンス制御、および受容可能なスペクトルを達成するためのステージ間の協同性に依存するからである。上記のように、各ステージは、互いに独立していることが好ましい。０．５λの赤色リターダーが使用される場合、青色オーダー（ｏｒｄｅｒ）は安全に排除されるが、変換勾配はより浅い。これはステージを独立し得るが、Ｎの値（個々のリターダーの数）は、変換勾配を急にし、受容可能なカラーコーディネートを与えるように増加されなければならない。
【０１５６】
図２４Ａ、２４Ｂおよび２４Ｃは、図２２Ａの完全に組み立てられたＲＧＢ ＣＣＳについて、それぞれ測定された赤色、緑色および青色の透過スペクトルを示す。各スペクトルの最大透過は、パッケージ型ＲＧＢ ＣＣＳのみに関与する損失を示す。これは、基板、リターダースタック、接着剤、ＩＴＯフィルムおよびＬＣフィルムを含む。ＡＲコーティングが、外表面上に提供されるが、ＲＧＢ ＣＣＳは入力および出力偏光子なしでパッケージされる。
【０１５７】
図２５Ａ、２５Ｂおよび２６Ｃは、さらなる測定されたシアン、マゼンタおよび黄色（ＭＹ）スペクトルを示し、これはまた図２２ＡのＲＧＢ ＣＣＳと共に利用し得る。ＭＹスペクトルの最適化は試みられなかった。加法原色のみを考慮することとは対照的に、より均等な重み付けが、減法スペクトルの質に付与されなければならず、これらのステージ間の相互作用を改善するように調整が行われ得る。
【０１５８】
図２２Ａおよび２２ＢのＣＣＳは、周期性Ｒ、Ｇ、Ｂモードで操作され得るが、このＣＣＳは、回転カラーフィルターホイール（これはより能力がある）の機能を模倣する。例えば、駆動スキームを変えることによって、各原色（および適切ならば白色）のビューイングタイムが調節され得る。より一般的には、シングルフレーム期間内では、各色のビューイングの数、それらの持続時間、それらが表示される順番、および透過レベルは全て任意であり、そして電子的に選択可能である。ＬＣモジュレーター１４８０、１５１０および１５４０をアナログモードで駆動することによって、一連のシステムにおける色のバランスのため、または純な白色フレームの色のバランスのため、原色の任意の混合が作り出され得る。図２６Ａ、２６Ｂおよび２６Ｃは、それぞれ赤色ステージ１４４０、緑色ステージ１４３０および青色ステージ１４２０の、それらが図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーに組み立てられる前に、測定された出力を示す。図２６Ａおよび２６Ｂは、それぞれ青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０の、異なるモジュレーター駆動レベル（すなわち、それぞれのＬＣモジュレーター１４８０および１５１０をアナログモードで駆動する）で測定された出力を示す。図２６Ａおよび２６Ｂにおいて分かるように、個々の透過レベルが達成され得、これにより十分な変調性能が可能となる。図２６Ｃには示されていないが、赤色ステージ１４４０は同様の様式で駆動され得る。
【０１５９】
（２偏光子ＣＣＳの過渡的挙動）
非対称の立上り／立下り時間（ｒｉｓｅ／ｆａｌｌ ｔｉｍｅｓ）がネマティックＬＣデバイスのスイッチングを特徴付ける。ＬＣフィルムわたって印加された十分な電場（これは弾性力に拮抗する）は、約５０〜１００μ秒で分子配列分布を再配列する。この場が除かれると、原型の分布への比較的緩徐な緩和（約５００μ秒〜１ミリ秒より大きい）が起こる。この復元は電場補助されていないので、リセット時間の改善はセルジオメトリ、表面処理およびＬＣ流体の物理的性質を改変することにより達成される。他のＬＣ効果が著しく緩徐であるかまたは非常に薄いセルギャップを要する場合、表面モードデバイスは、それらが半波状態へのミリ秒以下の緩和を提供するので魅力的である。表面モードデバイスは、およそ５０μ秒で容易にゼロのリターダンスに駆動され得る。
【０１６０】
好ましいＣＣＳ設計の過渡的挙動は、スイッチング速度のこの差異をうまく利用してカラーコーディネートを維持し、これによりビュー時間と飽和度の間の関係を取り除く。ほとんどのＺＴＮモジュレータデバイスでは、極大リタデーションが非駆動状態で提供され、駆動状態ではほとんどゼロの面内リタデーションを有する。好ましいＣＣＳ設計の状況では、これは任意のフィルタ状態から黒色状態への非常に迅速な駆動を可能とする。
【０１６１】
図２７は、フルカラーＣＳＬＭカラーシーケンサーを加法原色に配列するために使用され得る駆動スキームの１つの種類を示す。このＣＳＬＭカラーシーケンサーは、内部偏光子を持たない３つのＳＯ黒色ステージからなると考えられる。図２７に示した駆動スキームに関して、この駆動状態は、各セルの面内リタデーションを実質的に除去するのに十分な大きさを有する２ＫＨｚ方形波（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ）である。この駆動状態は、完全な透過状態に対して最大のスイッチング（緩和）速度を生じる０Ｖとして示される。これは、典型的なネマティックＬＣセルの挙動を表し、このため分子は、透明導線にわたって印加された電場に平行に配列するということに注目すべきである。例えば、この様に駆動された均一配向ＺＴＮセルに基づいたＣＳＬＭカラーシーケンサーは、典型的に最も速いスイッチング速度および最良の視野を与える。反対に、０Ｖの透過状態は、分子配列の配置が透過状態の持続のため安定しないＬＣセルに使用するには適切ではない。
【０１６２】
図２８は、電気駆動信号、およびカラー状態間に推移中の２つのフィルターステージ（赤色および緑色）の対応する光透過を示す。３原色の１つ（例えば、緑色）に対応するステージが低く駆動されるにつれ、それに続く色（例えば、赤色）のためのモジュレータは高く駆動される。５０μ秒未満で、このＣＳＬＭカラーシーケンサーは赤色から黒色へ切り替わる。約１ミリ秒の経過中に、緑色モジュレータのリターダンスは増加し、緑色の透過が１００％まで増加するのを可能とする。初期の５０μ秒に続く時間の間に、緑色ステージのリターダースタックにより確立された波長バンドのみが、モジュレータのリターダンスと独立して透過可能となる。このように、カラーコーディネートは、透過性が増加するにつれ、実質的に一定となる。カラーコーディネートに（垂直入射で）影響し得るのは、加法原色バンドに対するモジュレータの比較的重要でない色挙動のみである。フルカラーシーケンシャルシステムにこのスキームを使用して、ＣＳＬＭカラーシーケンサーは、ディスプレイをブロックすることなく、色品質に影響なく連続的に見られ得る。
【０１６３】
この１００％透過状態への１ミリ秒の推移が有益に使用され得るディスプレイ様式がまた存在する。パルス幅変調ディスプレイでは、解像度は、単一フレームの輝度工程により限定され得る。この工程は、フル照明下での単一フレームの最小ビュー時間により決定される。解像度を増加させる方法は、減少された照明レベルで１つ以上の画像のフレームを挿入することであり、これによりビュー時間を制御可能な持続時間まで増加する。
【０１６４】
色の間の推移時間を減少させる処理能力の利益がある場合には、代替の駆動スキームが考慮され得る。２偏光子ＣＣＳでは、駆動状態（黒色モード）と非駆動状態（フィルターモード）の間の間隔が、そのディスプレイが比較的速い場合には、処理能力を決定し得る。作動バンドの中心の半波リターダンスにできるだけ早く到達すること、そしてそのリターダンスをビュー時間のあいだ中、維持することが重要である。
【０１６５】
典型的には、低電圧状態におけるリターダンスは、小さな（２〜４Ｖ ｒｍｓ）保持電圧の使用での特定の値で維持される。しかしながら、保持電圧の効果は、半波リターダンス状態への緩和時間を減少させることである。例えば、特定のモジュレータは、３Ｖ ｒｍｓ保持電圧で作動された場合、１．２ｍｓの緩和時間（交差偏光子の間で１０％透過から９０％透過となるまで１．２ｍｓ）を有することが見出された。この保持電圧は、５．６ｍｓビュー時間のあいだ中、所望の半波リターダンスを提供するのに選択された。
【０１６６】
図２９に示したような３ステージ駆動スキームを使用することにより、緩和時間は減少され得る。図２９は、赤色、緑色および青色ＣＳＬＭステージを備えるＣＳＬＭカラーシーケンサーの駆動スキームを示す。表中に示した電圧および駆動時間は、５０℃の作動温度で１８０Ｈｚで作動する、典型的なＣＳＬＭカラーシーケンサー用である。
【０１６７】
例として図２９に示した赤色セルの駆動スキームを参照すると、この赤色ステージのモジュレータは初めに、オフ状態を表す最大電圧状態（ＶU-R）から０電圧状態へ切替えられる。この０電圧状態は、半波状態への緩和を最大化する（このＬＣセルのターンオン時間を減少させる）。所望のリターダンスが達成された後、このモジュレータは、そのリターダンスを維持するため、そのビュー時間（Ｔ±VL-R）の残余の間、小さな保持電圧（±ＶL-R）で駆動され得る。その結果は、０．６ｍｓのスイッチング速度であり、これは二ステージ駆動スキームで得られるものを超える処理能力の増加に対応する。
【０１６８】
４偏光子マルチステージＣＳＬＭでは、ニュートラル偏光子が各ステージの間に挿入される。偏光は各ステージの後に検光されるので、全透過は、各ステージの出力透過機能の積である。この理由のため、白色状態は全てのステージに共通でなければならない。これは、ニュートラル偏光子よりはむしろ色素ベースカラー偏光子が使用される場合には事実ではないことに注意のこと。２偏光子の場合と異なり、白色状態のステージのセルクロミナンスは、他のステージに導入される偏光をもたらさない。このことが、フィルターに、ＳＡ状態および非垂直光からのカラーコーディネート劣化を受けにくくさせる。他方、２偏光子の付加は、全体の処理能力を減少させる。以下に本発明者らは、２つの４偏光子の例を考慮する；１つは、ＳＯ加法原色ステージを使用し、他方はＳＯ減法原色ステージ（またはＳＡ減法原色ステージ）を使用する。本発明者らは、ＳＡ加法原色ステージは乏しいカラーコーディネートしか得られないため、考慮しない。
【０１６９】
（４偏光子ＣＣＳ：ＳＯ加法原色）
図３０は、ＳＯ加法原色ステージを有する４偏光子ＣＣＳを示す。このＣＣＳは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を包含する。この実施態様において、本発明者らは再び、赤色、緑色、青色および高密度黒色状態の生成を、それらの相補的な状態を犠牲にして、目的の駆動設計にさせる。このＣＣＳは、Ｒ／Ｗ、Ｇ／ＷおよびＢ／Ｗ ＳＯ加法原色ステージを使用して構成される。各ステージは、内部偏光子と共にＳＡ白色状態を有するので、本発明者らは、モジュレータの色効果の蓄積が白色出力を減弱させると期待する。さらに重要なことには、各ステージからのフィルタリング動作は加法原色の２つをブロックするので、ニュートラル偏光子を使用する全てで減法原色を生じることは可能でない。しかしながら、これらのステージは、加法原色が生成される場合、独立しており、高密度黒色状態を生じることは可能である。それゆえ、この実施態様は、減法混色ディスプレイの実装には好ましくないかもしれないが、例えば、カラーシーケンサーとして使用され得る。
【０１７０】
出力される全ての３原色は、１つのステージにより生成される色、および残りのステージからの白色状態の積であるということに注意のこと。有意なモジュレータクロミナンスの存在下で高い処理能力を提供するためには、白色状態を調整して選択された色の中心の波長で最大透過性を提供することが必要である。このことは、半波リターダンスが最長波長の３原色で、それが供給（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ）する、白色状態を提供するのに十分でなければならないので、モジュレータの設計に影響を与える。例えば、青色および緑色ステージは赤色で半波リターダンスを与えなければならず、一方、赤色ステージは緑色で半波リターダンスを提供しなければならない。
【０１７１】
白色状態を調整するさらなる利点がある。ひとつの利点は、低コントラストフィルタリング動作により提供されるさらなるブロッキングである。例えば、さらなる青色除去が青色および緑色ステージから発生し、それらの白色状態を赤色ピーク透過に調整する。反対に、この白色状態は、カラーバランスを制御するアナログモードに使用され得る。特定の出力３原色は、他のステージの各々により実質的に変調される。このように、「白色」ステージをＳＡからＳＯに調整することは、フル透過およびゼロ透過の間の所望の出力３原色を変調する。
【０１７２】
図３１は、ＳＯ加法原色ステージを有する白色状態および４偏光子ＣＣＳの調整結果を示す表である。ケース番号１では、白色、赤色および緑色ステージはオン状態であり、白色ステージは青色ピーク透過になり、そして青色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、青色である。
【０１７３】
ケース番号２では、赤色および青色ステージはオン状態であり、それらの白色状態は緑色ピーク透過となり、そして緑色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、緑色である。
【０１７４】
ケース番号３では、緑色および青色ステージはオン状態であり、それらの白色状態は赤色ピーク透過となり、そして赤色ステージはオフ状態である。この状態におけるカラーシーケンサーの出力は、赤色である。
【０１７５】
ケース番号４では、３つのステージ全てがオフ状態であり、カラーシーケンサーの出力は黒色である。この状態での黒色出力は、各ステージからのフィルタリング動作が加法原色の２つをブロックするので、高密度である。それゆえ、ブロッキング冗長がある。
【０１７６】
ケース５〜７は、ニュートラル偏光子を使用する減法原色を生成することが可能でないということを例示する。上記のように、ケース番号８により生成された白色出力は、色の蓄積が各ステージのモジュレータに作用するので、光沢がある。
【０１７７】
ＳＯ加法原色を使用する別の利点は、高密度黒色状態を生成することが可能であることである。それぞれのフィルターに通した状態は効果的に加法原色の２つをブロックするので、各ステージがＳＯモードである場合、多量の冗長がある。実際に、加法原色バンドの各々は、２つのステージによりブロックされる。モジュレータがネマティックＬＣで実装される場合（これは、非対称スイッチング速度を有する）、２偏光子ＣＣＳと関連した上記の有益な過渡的挙動が示される。詳細には、このＣＣＳは、即座に黒色へ駆動され得、ステージの独立性は緩和中の高品質カラーコーディネートを提供する。２偏光子の場合と異なり、全ての３つのステージは、黒色出力の間に加法原色を同時に生成する。
【０１７８】
透過カラーは、従って、どのステージの組み合わせが白色状態に切替えられるかにより決定される。カラーコーディネートに作用し得るのは、白色状態の発生により引き起こされる透過バンドの歪曲のみである。
【０１７９】
（４偏光子ＣＣＳ：ＳＯ白色）
目的が減法原色を生成することである場合、特定の電子カメラの適用の場合のように、高密度黒色状態がまた必要である場合以外は、上記設計考慮の反対のことが当てはまる。平行偏光子を用いて、シアン、マゼンタおよび黄色が、３つのステージの各々により独立して生成され、そして白色は原理的には実質的にロスがあり得ない。しかしながら、高密度黒色状態を得る困難性はマイナスに主張する。詳細には、黒色状態の生成は、受容可能な密度を達成するために、Ｃ、ＭおよびＹステージの共同作用を必要とする。ステージ間の協調性が最適化される場合でさえ、黒色状態の密度は比較的乏しい。このように、減法原色を生成するための加法的アプローチは、高密度黒色状態が必要である場合、通常好ましい。
【０１８０】
この場合、本発明者らは２偏光子ＳＯ減法原色ＣＣＳと非常に似た動作を有するＣＣＳを得る。各モジュレータは加法原色の１つだけを変調するので、４偏光子ＣＣＳは、ＳＯ減法混色またはＳＯ白色のいずれのモードにおいても、性能的に殆ど差異なく作動し得る。４偏光子ＣＣＳはまた、減法原色パネルディスプレイシステムを実装するのに適切である。
【０１８１】
モジュレータの色効果は重要ではないので、高透過白色状態が、ＳＯ減法原色またはＳＯ白色モードのいずれにおいても生成し得る。このことは白色状態の色調整の必要性を排除する。この設計スキームを使用して、高品質減法原色が同様に生成し得る。しかしながら、加法原色は、ステージ間の非理想的協調を被り得る。この兆候は、２偏光子ＣＣＳに見出されたものと非常に似ており、赤色出力における純シアンサイドローブ、青色出力における純黄色サイドローブ、および比較的乏しい密度の黒色状態を含む。しかしながら、実際の挙動は、４偏光子ＣＣＳの出力は各ステージの透過機能の積であるので、異なっている。このことは、例えば、これらのステージが３原色内バンドの拒絶を改善するよう相互作用し得ないということを意味する。
【０１８２】
図３２は、ＳＯ白色状態を生成する４偏光子ＣＣＳを示す。このＣＣＳは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を備える。
【０１８３】
（視野）
モジュレータの選択およびＣＳＬＭ配置は典型的には、特定の適用のための視野（ＦＯＶ）要件により影響される。このＦＯＶ要件は、ＣＳＬＭ設計およびモジュレータの選択に重要な影響をもち得る。偏光子リターダースタック（ＰＲＳ）のような相補的なカラー偏光子ベースシステムでは、およそ等しい重要性が２つの電圧状態のＦＯＶに割り当てられるが、これは、２つの電圧状態の両方がフィルタースペクトルの生成において役割を有するからである。反対に、白色／３原色ＣＳＬＭに基づいたシステムは、これらの電圧状態に等価でない重要性を割り当てるよう許容する。詳細には、ＣＳＬＭステージは、白色状態の視野角を犠牲にして、フィルターに通した状態の大入射角での固定カラーコーディネートを生成するよう偏らせられ得る。この設計は、このようなステージが出力透過ベースで相互作用するので、偏光子が各ステージを分離する場合に最も良く作動する。
【０１８４】
本発明のＣＳＬＭの利点は、変調リターダンスが色シフトを示さないことである。これは、この遷移バンド幅がリターダースタックにより規定され、モジュレータの状態に独立であるためである。モジュレータはバルブとして機能し、受動的リターダースタックにより確立されたスペクトルウィンドウが満たされる程度を決定する。
【０１８５】
（ワイドＦＯＶ４偏光子ＲＧＢ ＳＣＬＭ）
シーケンシャル電子カメラの適用に必要であるような、最大ＦＯＶを与えるよう設計される４偏光子３色ＣＳＬＭについて考える。この型の適用に関しては、スイッチング速度は重要ではなく、固定カラーコーディネートが望ましい。逆平行配向ＺＴＮモジュレータを利用するＣＳＬＭ構造について考える。逆平行配向ネマチックＬＣセルは、それがゼロ次の１軸性面内半波リターダンスのみで構成されるので、非駆動状態では大視野を与える。従って、オフノーマル角でのリターダンスの１次シフトはない。反対に、駆動状態は、自己補正でないｚ依存ディレクター分布を有する。このように、このＬＣセルは非補正時の非駆動状態でより良好なＦＯＶ性能を提供する。
【０１８６】
上記に記載したように、ＲＧＢ４偏光子ＣＳＬＭは、ＳＯフィルターモードを使用して最良のカラーコーディネートを与える。モジュレータに逆平行ネマチックＬＣセルを使用することは、フィルター出力が駆動状態に割り当てられるということを意味し、これは劣ったＦＯＶを有する。この問題は、これらの状態を受動的に反転することにより解決され得る。これは好ましくは、負の複屈折面内１軸性リターダーフィルムと逆平行ネマチックＬＣセルとを組み合わせることにより達成される。この負の複屈折面内１軸性リターダーフィルムは、適切にはポリスチレン（Ｙ．Ｆｕｊｉｍｕｒａら、ＳＩＤ９２Ｄｉｇｅｓｔ、３９７頁）またはスチレン誘導体（米国特許第５，４３０，５６５号）である。それはまた、プレイミド化ポリアミドまたは液晶ポリマー（Ｈ．Ｍｏｒｉら、Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＳＩＤ９７，Ｍ８８）であり得る。これらの参考文献は、本明細書中にその全体が援用される。
【０１８７】
逆平行ネマチック半波リターダー光学軸に平行に配向した負の複屈折１軸性面内半波リターダーフィルムは、その分散が一致する限り、正味ゼロのリターダンスを与える。さらに、この化合物構造は、非常に大きな入射角および全ての方位に対してゼロリターダンスを維持する。従って、この非駆動状態は、入射角に対して幾らかの感受性を有する半波リターダーから、入射角に実質的に感受性のないゼロリターダンスへ変換される。このことは、フィルタリング動作に関する非駆動状態の品質に対して所望の優先権を与える。
【０１８８】
この配置を使用すると、フィルタリング状態のステージにより確立されたカラーコーディネートは、他のステージにより生成した白色状態の品質によって、わずかに影響されるのみである。カラーコーディネートをシフトさせ得るのは、３原色バンド内の白色状態のクロミナンスのみである。リターダンスはそのバンドの中心での半波リターダンスからシフトするのでこの効果は３原色の透過性をおもに低下させることである。このシフトは、そのフィルムからのゼロ次面内半波リターダンスに加えて、駆動状態の比較的乏しいＦＯＶにより高められる。殆どの場合、効率の関連ロスは、色シフトよりも非常に問題が少ない。
【０１８９】
図３３は、ＳＯ加法原色設計を利用する広視野４偏光子ＲＧＢ ＣＳＬＭを示す。このＣＳＬＭは、入力偏光子１４５０、赤色ステージ１４２０、偏光子１４７０、緑色ステージ１４３０、偏光子１４８０、青色ステージ１４４０および出力偏光子１４９０を備える。
【０１９０】
（ＣＳＬＭ材料）
（Ａ）リターダースタック リターダースタックは、原則として、直交偏光への異なる光路長を付与する任意の透明材料から構成され得る。色生成のための典型的な範囲は、可視リターダンスの０．５〜２．５波である。他の望ましい特性として、低価格、大面積、均一性、薄型、ならびに高照度および厳しい環境下での耐久性が挙げられる。有力な直線リターダー技術として、複屈折型構造、結晶性リターダー、延伸ポリマーリターダーシートおよび液晶ポリマーフィルムが挙げられる。
【０１９１】
複屈折型デバイスは、波長より小さいフィーチャーを有する規則的な構造に基づいている。例えば、十分に高い空間周波数を有する格子は、ゼロ次からの光を回折せず、そして溝に対して平行および垂直な異なる光路長を有する。
【０１９２】
石英、雲母、方解石のような従来の結晶性リターダー材料は、ポリマーフィルムで可能であるよりもさらに高い解像度を要する適用によく適している。それらはまた、低波面歪曲および／または高出力取り扱い要件が必要である適用に有用である。それらはポリマーリターダーよりもさらに高価であり、特に低リターダンスが要求される場合、大面積には向かない。
【０１９３】
ポリマーは、化学的反応により形成される繰り返し構造単位からなる化学的化合物または化合物の混合物であり、２個以上の小分子が結合してより大きな分子を形成する。リターダーは配向性有機ポリマーのシートを使用して形成され得る。ポリマー膜を高温で一方向性または二方向性に延伸することにより、直線複屈折が誘起され得る。ポリビニルアルコールまたはポリカーボネートのようなほとんどの材料に関して、屈折率は延伸の方向で増加し、典型的には正の面内一軸リターダーを形成する。ポリスチレンおよびスチレン誘導体のような材料は、米国特許第５，４３０，５６５号に記載されているように、延伸後、負の面内複屈折を与え、これは本明細書中でその全体が参考として援用される。そのような材料は、広視野角ＣＳＬＭ構造を生成するために有用である。オフノーマル視野角を有する固定リタデーションを示すリタデーションフィルムは、二つの技術、二軸延伸またはリターダー化合物、の１つを使用して生成される。正の一軸性フィルムと、これと交差された等しいリタデーションの負の一軸性フィルムとの組み合わせは、米国特許第５，１３８，４７４号に記載されるような、等方性、角度非感受性リターダンスを有する複合リターダーとなり、これは本明細書中でその全体が参考として援用される。
【０１９４】
代替として、広視野角を有する単一層二軸性フィルムは、米国特許第５，２４５，４５６号、米国特許第５，４７２，５３８号および米国特許第５，５５９，６１８号に記載されるような、ｘおよびｚ両方に沿った延伸を使用して製造され得、これらは全て、本明細書中でその全体が参考として援用される。そのような延伸は、これらの面内屈折率の間で、実質的に中間となるｚ方向屈折率を有する二軸性フィルムを生成し得る。この単一フィルムは多分に、大きい等方性視野角を提供する際に２層フィルムのような挙動を示す。
【０１９５】
延伸ポリマーフィルムは、独特の複屈折分散特性を有する種々の材料を使用して、典型的には０〜２，０００ｎｍの任意のリターダンスで入手できる。大きなシートが低コストで購入され得、大きく透明な開口部フィルタを可能とする。ポリカーボネートは、ディスプレイ用途のために最も一般的な材料であり、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ、ＳｕｍｉｔｏｍｏおよびＳａｎｒｉｔｚのような供給メーカーから入手できる。ポリビニルアルコールのような他の材料が、Ｐｏｌａｒｏｉｄ、Ｐｏｌａｒｖｉｓｉｏｎ Ｉｎｃ．およびＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒから購入され得る。ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｐｈｏｎｅ）およびポリアリレートフィルムのような高分散性材料が、Ｎｉｔｔｏ ＤｅｎｋｏおよびＳｕｍｉｔｏｍｏから入手できる。幾つかの他のポリマー材料が、スタックを生成するのに潜在的に有用であり、これらにはマイラー、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ｔｅｒａｐｔｈａｌａｔｅ）、トリアセテート（トリ−ブチル−アセテート）、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリメチルメタクリレートが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１９６】
上記のように、カラーフィルターアレイに関しては、空間パターン化ＣＳＬＭ構造が、空間パターン化ポリマーリターダーを使用して実装され得る。この場合、空間パターン化リタデーションを有するフィルムは、活性ＬＣ素子と交換されるか、または活性ＬＣ素子と協調して作動する。そのようなパターン化リターダーフィルムは、等方性ポリマーフィルムに局所的な応力を加えることにより製造され得る。半波リターダーストライプは、フィルムに局所的な応力を加えることにより、等方性基板にパターン化され得る。
【０１９７】
液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、液晶モノマーが、その主鎖（骨格）に沿ってまたは側鎖単位として、マクロ分子構造に組み込まれている種類のポリマーである。ＬＣＰは、機械的にこすられた表面をせん断加工するか、または光学的手段により配列され得る。光学的方法は、ポリマー配列層に、線状光重合可能（ＬＰＰ）フィルムまたはアゾベース色素のいずれかを第一に適用する工程を含む。
【０１９８】
ＬＰＰフィルムが使用される場合（Ｓｃｈａｄｔら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４巻、３２４０〜３２４９頁、１９９５を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）、このＬＰＰ材料が基板上に堆積され、次いで高温で硬化される。この硬化されたフィルムは次いで、偏光ＵＶ光に当てられる。ＬＣＰが次いで、同一基板上にスパンオン（ｓｐｕｎ−ｏｎ）またはコーティングされ、そしてＬＰＰフィルムの配向性で配列される。このＬＣＰは次いで、非偏光ＵＶ光に暴露することにより架橋される。
【０１９９】
アゾベース色素が使用される場合（Ｓｈａｎｎｏｎら、Ｎａｔｕｒｅ、３６８巻、５３２〜５３３頁、１９９４を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）、アゾ色素分子がポリミド（ｐｏｌｙｍｉｄｅ）配向層（単数または複数）にインターカレートされ、これは種々の基板（例えば、ガラス、シリコンなど）上に堆積される。液晶モノマーまたはポリマーは、一つの基板上に堆積されるか、または２つの基板の間にはさまれるかのいずれかである。このＬＣ分子配向ベクトルは、以前に配向層に照射した偏光ＵＶ光の方向と垂直な方向に向く。その後の露光はこの液晶を再配向させ、これは幾つかの適用には不利であり得る。
【０２００】
液晶ポリマーフィルム、特にＵＶ架橋性ポリマーネマティックリターダーは、リターダースタックを形成するのに特に適している。この材料は延伸材料に比べて高複屈折を有し得るので、１つの魅力的な特徴は薄型リターダーを生成する能力である。このことは、偏光子基板のような単一基板に多層リターダースタックの低コストでの製造を可能とし得る。このフィルムは任意の角度でパターン化され得るので、角度をなして延伸ポリマーフィルムを切断する場合のように、無駄がない。各ＬＣＰ層はこの前の層に本質的に結合され得、感圧接着剤を各層に適応する必要性を回避する。さらに、各ＬＣＰ層のリタデーションは任意であるので、ＬＣＰは複素インパルス応答リターダースタックの形成に貢献する。そのような性能が自由度を増加させ、このことはより大きな設計の選択肢となる。逆に、延伸ポリマーフィルムを使用する場合、各リターダースタックにおける固有のリタデーション値の数を最小化するための重要なコスト的圧力がある。
【０２０１】
上記リターダースタックは好ましくは、特定の配向およびリターダンス値を有する不連続のリターダー層を包含する。しかしながら、連続的なリターダー「スタック」または構造が、ねじれ構造を有するＬＣＰ層を使用して製造され得る。従って、このリターダースタックは、不連続な数の独立ゼロねじれ（直線）リターダーに限定されない。フィルムの厚さ、複屈折、および各表面の境界での分子の配向を選択することにより、フィルムは連続的なリターダー構造に自己集合する。薄型ガラス状フィルムは、ＬＣＰ材料を使用して基板上に形成され得る。そのようなフィルムは、大多数の非常に薄型の独立直線リターダーと同等であるが、独立リターダー層を物理的に積み重ねる必要性は回避する。他の色選択肢が、ねじれＬＣＰ層、またはねじれおよびゼロねじれＬＣＰ層を積み重ねることにより入手できる。従って、リターダースタックが、「独立リターダー」から作製されるものとして本明細書中で記載される場合、これは、不連続リターダー層の使用、または等価な連続リターダースタックもしくは構造の使用のいずれかのことを言うと理解されるべきである。
【０２０２】
現在入手できるＬＣＰ材料は、正の異方性を有する。広視野角ＬＣＰを生成するためには、二軸性リターダーが必要である。単一フィルムは、真の二軸性ＬＣＰを必要とする（Ｐ．Ｂｌａｄｏｎら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２５、４３２９（１９９２）を参照のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。１つの代替は、正および負の複屈折ＬＣＰを含む二層化合物リターダーである。さらに別の代替は、光配列ＬＣＰで達成可能な面外チルトを利用することである。等しくかつ反対の面外チルト角を有する二つの同一の平行配向ＬＣＰフィルムを提供することにより、化合物リターダーは、このチルト角で制御される視野角で形成される。およそ３４度で、リタデーションのオフノーマル依存性が作られて光軸を含む面で消失し得る。
【０２０３】
ＬＣＰは光配列され得るので、面内および表面に垂直の両方の空間的に変化する配向が、光パターン化により達成し得る。これは、標準的なリトグラフの技術を使用してなされる。そのような、ＣＳＬＭ構造の空間パターン化バージョンが生成され得、これはカラーフィルターアレイとして挙動する。ここで、ＣＳＬＭの活性モジュレータが、局所的に透過カラーを決定する空間パターン化ＬＣＰリターダーにより交換される。さらに、空間スイッチおよび活性スイッチ層の両方を使用するハイブリッド構造が組み込まれ得る。１つの実施態様では、固定空間パターンの間の変調が非パターン化電極を有するＬＣモジュレータデバイスを使用して達成され得るように、パターン化リターダーが活性モジュレータと直列で使用される。
【０２０４】
他のＬＣＰ材料が、リターダースタック材料としてまたは視野角を増加させるためのいずれかで、潜在的に有用である。ＦｕｊｉおよびＮｉｐｐｏｎ Ｏｉｌ Ｃａｍｐａｎｙから得られるディスコティック（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）ＬＣＰは、ＣＴＡ基板で製造される負の複屈折材料であり（Ｈ．Ｍｏｒｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６，１０６８，（１９９７）を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。ディスコティックＬＣＰのいくつかは、その光軸が、活性モジュレータのものに近いスプレー配向を有するという独特な特性を備える。このことは、例えば、ＴＮデバイスの選択状態を補正するのに非常に有用である。
【０２０５】
視野角を増加させる他の有用な材料は、ｚ軸に沿って配向した光軸を有する負の複屈折フィルムである。例えば、典型的なヨウ素ディスプレイ偏光子のセルローストリアセテート（ｔｒｉａｃｉｔａｔｅ）（ＣＴＡ）基板は、偏光子のいずれかの側の基板に対して垂直な４０〜７０ｎｍのリターダンスを有する。より大きなリターダンスは、ポリカーボネート（Ｎｉｔｔｏ ＤｅｎｋｏおよびＳｕｍｉｔｏｍｏ）のようなポリマーの二軸性延伸により得られ得る。典型的には、そのようなフィルムは、小さな正の面内リタデーションを示す。プリイミド化（ｐｒｅｉｍｉｄｉｚｅｄ）ポリアミドのような他の材料は、基板に対して垂直な光軸と整列する負の複屈折材料であり、ゼロ面内リターダンスを与える。
【０２０６】
負の複屈折フィルムの複数のフィルムは組み合わされて複合構造を形成し得、これはＬＣモジュレータの１つの状態を十分に補正し得る。好ましいＬＣモジュレータ（例えば、パイセル）は、受動構造が選択および非選択状態の両方の視野角を向上させるものである。しかしながら、補正はしばしば、１つの状態の視野を向上させると他方を犠牲にする。このことは、最も大きな視野角を提供する状態がフィルターに通した状態に割り当てられ得るので、ＣＳＬＭ構造の１つの利点を表す。従って、その折衷状態はニュートラル状態であり、これはカラーコーディネートにほとんど影響を与えないように作られる。
【０２０７】
（Ｂ）偏光子 記載され、示された実施態様では、ＣＳＬＭは、直線偏光子と共に例示されている。一般に、それらは、直線、円形または楕円の偏光子であり得る。それらは、ニュートラルでありえるか、または波長依存偏光を利用しうる。偏光子材料は多数の形態で入手でき、その選択は適用の必要条件に依存する。適切な偏光子には、吸収ベース偏光子（例えば、結晶二色性、色素またはヨウ素の長鎖分子および配向金属粒子（Ｐｏｌａｒｃｏｒ製品、Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．）、ポリマー多層偏光子（例えば、ＤＢＥＦ製品、３Ｍ，Ｉｎｃ．）、複屈折性偏光子（例えば、方解石または石英ベースのＡｈｒｅｎｓ，Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ，Ｒｏｃｈｏｎ，ＮｉｃｏｌまたはＧｌａｎ偏光子）、粗表面を使用する散乱偏光子（Ｙａｍａｇｕｔｉ）またはポリマーマトリクスのＬＣ、反射（例えば、コレステリックＬＣ、４５度の多層プリズム、被覆プリズム）および周期的構造（例えば、被覆格子、スリット、線、あるいは配向銀または銅粒子（Ｐｏｌａｒｃｏｒ製品，Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．））が挙げられる。
【０２０８】
二色性シート偏光子は、薄型、低コスト、大面積であり、容易に一体化され、そして大アングルで良好に機能する。高効率ヨウ素偏光子（例えば、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ ＥＧ１２２５）は、低出力の用途に適している。投射用の耐久高輝度偏光子フィルムは典型的には、減少したスループット（８４％）を有する色素材料（例えば、ＰｏｌａｔｅｃｈｎｏおよびＰｏｌａｒｏｉｄ ＫＥ製品）ベースである。垂直入射に関して、この偏光子密度は、リターダースタックからのサイドローブ漏出に基づいて理論的に可能であるよりも劇的に高い必要はない。そのような密度は、偏光子の技術が許す場合には、増加したスループットに交換され得る。
【０２０９】
広視野角の適用には、偏光子ＦＯＶが考慮されなければならない。偏光軸に関して±π／４方位角の光漏出が、最も顕著である。幾何学的効果のため、交差偏光子は、非垂直入射でこれらの方位角に交差されて見えなくなる。さらに、リターダンス基板は、密度の減少に貢献し得る。これらの考慮に基づいて、ＨＮ２２（Ｐｏｌａｒｏｉｄ）（これは、高密度を示し、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）基板を使用する）のような偏光子が、大入射角のために好ましい。幾何学的効果およびリターダンス基板効果を補正する方法がまた、実行され得る（Ｊ．Ｃｈｅｎら，ＳＩＤ '９８Ｄｉｇｅｓｔ，３１５〜３１８を参考のこと、これは本明細書中でその全体が参考として援用される）。
【０２１０】
（Ｃ）製造方法および技術 ＣＳＬＭ構造は、当該産業にとって標準である技術を使用して製造され得る。液晶セル（偏光モジュレータ）は好ましくは、フロートガラスまたはホウケイ酸ガラスパネルを使用して製造されるが、プラスティックセルがまた、適切である。Ｃｏｒｎｉｎｇ７０５９のようなボロケイ酸は、特定のフロートガラスよりもさらに高い透過性を提供する。このガラスは、液晶をアドレッシングするための透明導線で被覆される。良好な導線はインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）であり、典型的には１００〜１，０００Ω／ｃｍ2の抵抗率を有する。このガラスとこのＩＴＯの間をオキシドフィルムで被覆することにより（例えば、Ｔａ2Ｏ5／ＭｇＦ2／ＩＴＯ）、反射損失が最小化され得る。そうすることで、変調透過性は、数％増加され得、しばしば９９％より高い透過率をもたらす。
【０２１１】
配向層は、ＬＣフィルムを配向するため透明導線上に被覆される。標準的な材料は、ポリアミド（例えば、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製のもの）であるが、光配向材料（ＬＰＰ）がまた使用され得る。前者は処理後、機械的にこすられるが、後者はＵＶ光に露光される。
【０２１２】
接着性ガスケットが、セルの全周の周りを、典型的には０．５〜１．５ｍｍの幅で施されるかまたはスクリーンプリントされ、小さなフィルホールを残す。ガラス基板は対にされ、接着剤はＵＶ光、温度または両者を連続して使用して圧力下で硬化される。ガラスのロッド、球、または可撓性ポリマーボールのスペーサーが、導線間の間隔を決定するため使用される。スペーサー密度のための要件は、均一性要件、ガラス厚／平面度、開口部サイズおよび液晶ＥＯ効果に依存する。その後、このパネルは、充填のためスティックに分断される。液晶材料が導線間の隙間に埋め戻され（ｂａｃｋ−ｆｉｌｌｅｄ）、使用された表面処理に従って配向する。ある場合には、充填された部分は、均一性を向上させるため後処理工程を経る。フィルホールは次いで、接着剤を使用して封止される。コンタクトが、ＩＴＯに対して１または２端（交差点が使用されるかどうかに依存して）に沿ってなされる。導線は典型的には、ピンまたははんだ付けワイヤである。
【０２１３】
好ましいリターダースタックは、二軸性ポリカーボネートフィルムおよび（必要であれば）ニュートラル偏光子フィルムから構成される。典型的には、業者は偏光子およびリターダー材料の両方を供給し、従って完全なリターダースタックを組み立てることができる。感圧接着剤（ＰＳＡ）を使用して、完全なリターダースタックが単一ユニットに共に重ね合わされ得、これは偏光子に保護層、そしてリターダーＰＳＡにリリースシートが供給される。このリターダースタックはまた、適切な製品サイズに打ち抜かれて供給され得る。
【０２１４】
リターダースタックは、ＰＳＡを使用してＬＣモジュレータの外部表面に適用され得、単層ＣＳＬＭステージを形成する。多層ＣＳＬＭは、標準的な材料を使用してこれらの層を接合することにより製造され得る。これらには、ＵＶ、熱、圧力硬化性エポキシ、ＲＴＶ、および埋め戻しインデックス適合材料と共に接着性ガスケット材料が挙げられる。プラスティックＬＣデバイスがこのモジュレータに使用される場合、全体のＣＳＬＭは、ＰＳＡを用いた層積技術を使用して製造され得る。この集合ユニットの波面歪曲は、外部ポリマー表面の組成により解決され得る。この問題は、外部ポリマー表面上にガラスエンドキャップ（ｅｎｄ−ｃａｐ）を接合することによりかなり軽減される。さらに、透過性が、反射防止コーティングされているエンドキャップを使用することにより、向上され得る。
【０２１５】
リターダースタックにおける透過性損失は、いつくかの損失機構の結果である。典型的には、リターダースタックは、いくつかのポリカーボネートシートから構成され、これらの間にアクリルベースＰＳＡを有する。従って、損失は、材料の吸収およびランダム散乱、ならびに各ＰＳＡとポリカーボネート層の間の境界面での反射の結果である。ＰＳＡ材料は、しばしばポリカーボネートよりもかなり小さい屈折率を有するので、各ＰＳＡとポリカーボネート層の間の境界面での反射が典型的には優勢である。従って、透過性を増加させる方法は、表面反射の排除に集中する。表面反射を排除する１つの方法は、ポリカーボネートの屈折率により良くマッチしているＰＳＡを使用することである。別の方法は、化学結合を使用することである。化学結合では、ポリカーボネートシートは、適切な溶媒を使用して、一緒に溶接（ｗｅｌｄ）される。例えば、塩化メチレンに溶解されたポリカーボネートは、インデックス適合材料を提供する。
【０２１６】
（カラーディスプレイモード）
上記のように、一般にカラーディスプレイを実装する以下の４つの方式が存在する：（１）空間式；（２）シーケンシャル；（３）分割経路；および（４）共通経路。ＣＳＬＭは、シーケンシャル構成のカラーシーケンサーとして純粋に使用され得、または共通経路ディスプレイをスタックパネル構成で実装して使用され得る。さらに、ＣＳＬＭデバイスをディスプレイに使用し、任意の上記に列記した４つの色生成技術を組み合わせるハイブリッド構成が実装され得る。
【０２１７】
本発明のシステムの種々の配置は、特定の設計基準を満たすため、いくつかの基本的エレメントを種々の方式で組み合わせることにより産み出される。図３４Ａ〜３４Ｄは、これらの基本的なエレメントのいくつかを示す。図３４Ａは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、例えば、ディスプレイステージ（例えば、上記の透過性または反射型ＣＳＬＭディスプレイ）のようなピクセルステージを表す。このピクセルステージは、リターダースタックおよび／または偏光子を含み得る。簡素化のため、「ディスプレイ」という用語は、１つのピクセルステージにあるピクセル化活性デバイスのことを言う一般的用語として使用される。図３４Ｂは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、非ピクセルステージ（例えば、上記の非ピクセルＣＳＬＭのような）を表す。この非ピクセルステージは、リターダースタックおよび／または偏光子を含み得る。図３４Ｃは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、光スプリッターを表す。図３４Ｄは、図３５〜４４を通じて使用されるシンボルを示し、光コンバイナー（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）を表す。スプリッターまたはコンバイナーは、適切なビームスプリッターまたはコンバイナー（例えば、偏光ビームスプリッターまたはコンバイナー、あるいはいくつかの場合には二色性ビームスプリッターまたはコンバイナーのような）であり得る。
【０２１８】
種々の多数のピクセルおよび非ピクセルステージが、連続しておよび／または平行で配置され得る。さらに、各ディスプレイは、システム出力の一成分のみ（例えば、色成分）を表示するため作動され得るか、システム出力の複数成分を表示するため順次、作動され得る。しかしながら、順次、作動されるディスプレイは、システム出力の一成分のみを表示するため駆動されるよりも、さらに速い速度で駆動されなければならない。また、透過型ディスプレイおよび／または反射型ディスプレイは、可能な配置の数をさらに増加させるため使用され得る。
【０２１９】
簡素化のため、図３５〜４４は、カラー画像を生成する例を使用して記載される。図３５〜４０、４２および４４は、３成分を有する出力を生成するシステムを示し、図４１Ａ〜４１Ｅおよび４３は、４成分を有する出力を生成するシステムを示す。
【０２２０】
最初に図３５〜３７が、図式的な図３８Ｂに示したシステムの３つの例示的な実施態様として記載される。
【０２２１】
図３５は、一方の経路で１つの透過型ピクセルステージおよび他方の経路で２つの透過型ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４７７０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、画像の１成分を生成する透過型ピクセルステージ４７４０を有する。下部経路は、スプリッター４７７０により透過型ピクセルステージ４７５０および透過型ピクセルステージ４７６０を通るように向けられる。下部経路は、画像の２成分を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４７８０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２２】
図３６は、一方の経路で反射型ピクセルステージ、ならびに他方の経路で非ピクセルステージおよび反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４８２０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、反射体４８３０により反射型ピクセルステージ４７９０を通るように向けられ、画像の１成分を生成する。下部経路は、反射体４８４０により非ピクセルステージ４８００および反射型ピクセルステージ４８１０を通るように向けられ、画像の２成分を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４８５０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２３】
図３７は、一方の経路で透過型ピクセルステージおよび他方の経路で反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター４６８０により上部経路および下部経路に分けられる。上部経路は、画像の１成分（図３５の上部経路と同様に）を生成する透過型ピクセルステージ４６９０を有する。下部経路は、反射体４７００により非ピクセルステージ４７１０および反射型ピクセルステージ４７２０を通るように向けられる。この下部経路は画像の２成分（図３６の下部経路と同様に）を生成する。上部経路の単一成分および下部経路の２成分は、コンバイナー４７３０で結合されて出力画像を形成する。
【０２２４】
図３８Ａ〜４１Ｅは、本発明のシステムの可能な配置のいくつかを示す模式的な図である。図３４Ａに示したように、図３８Ａ〜４１Ｅに示したピクセルステージは、透過型または反射型ピクセルステージであり得る。さらに、透過型ピクセルステージは、ピクセル化デバイスの片側もしくは両側にリターダーおよび／または偏光子を有し得る。
【０２２５】
図３８Ａ〜３８Ｃは、３つのピクセルステージを有するシステムを示す。図３８Ａは、共通経路に配置された３つのピクセルステージ４０１０、４０２０および４０３０を示す。このピクセルステージ４０１０、４０２０および４０３０の各々は、出力画像の異なる成分（例えば、赤色、緑色または青色）を生成する。
【０２２６】
図３８Ｂは、一方の経路に１つのピクセルステージ４０４０ならびに他方の経路に２つのピクセルステージ４０５０および４０６０を有する分割経路システムを示す。共通光源は、光が両経路にそって同時に透過するように、スプリッター４０７０により分けられる。上部経路により生成された１成分および下部経路により生成された２成分は、コンバイナー４０８０で結合されて出力画像を生成する。単一の光源およびスプリッター４０７０が図３８Ｂでは示されているが、多数の光源が代替に使用され得るということが注目される。
【０２２７】
図３８Ｃは、分割経路システムの別の例を示す。図３８Ｃでは、光源はスプリッター４１２０により３つの経路に分けられ、各経路は１つのピクセルステージ４０９０、４１００および４１１０を有する。各経路により生成された単一成分は、コンバイナー４１３０により結合されて出力画像を生成する。
【０２２８】
図３９Ａおよび３９Ｂは、２つのピクセルステージを有するシステムを示す。図３９Ａは、２つのピクセルステージのみを使用して画像の３成分を処理する共通経路システムを示す。図３９Ａで示した配置では、ピクセルステージ４１４０は出力画像の１成分を処理し得、そして出力画像の他の２成分はピクセルステージ４１５０により処理され得る。ピクセルステージ４１５０のディスプレイは、ピクセルステージ４１４０により生成されない画像の２成分を生成するように順次、作動される。非ピクセルステージ４１６０のリターダースタックは、ピクセルステージ４１５０のディスプレイの順次作動と関連して切り替えられる。代替として、ピクセルステージ４１４０および非ピクセルステージ４１６０の位置は交換され得る。
【０２２９】
図３９Ｂは、下部経路のピクセルステージの１つが非ピクセルステージ４１８０で交換される以外は図３８Ｂと同様な分割経路システムを示す。図３９Ｂでは、光源はスプリッター４２００により２つの経路に分けられる。上部経路はピクセルステージ４１７０を透過し、そして下部経路は非ピクセルステージ４１８０およびピクセルステージ４１９０を透過する。上部および下部経路は次いで、コンバイナー４２１０により結合される。この配置では、ピクセルステージ４１９０は、下部経路が出力画像の２成分を生成するように順次、作動され得る。
【０２３０】
図４０は、１つのピクセルステージを有するシステムを示す。図４０は、１つのピクセルステージおよび２つの非ピクセルステージを使用する共通経路システムを示す。このシステムでは、ピクセルステージ４２４０のディスプレイは、順次、作動されて、出力画像の３つの全ての成分を生成する。非ピクセルステージ４２２０および４２３０のリターダースタックのスイッチングは、ピクセルステージ４２４０のディスプレイの順次作動と協調される。
【０２３１】
図４１Ａ〜４１Ｅは、４成分を有する出力を生成するシステムの例を示す。そのようなシステムの１つの適用は、図３８Ａ〜４０に示した３成分システムに４番目の成分（白色成分のような）を加えることである。システムの大多数の可能な配置は４成分を有する出力を生成するので、図４１Ａ〜４１Ｅは、順次作動されない４つのピクセルステージを使用する例のみを示す。図４１Ａ〜４１Ｅに示した例は、例えば、図３９Ａ〜４０に示した方法により改変され得るということに注意すべきである。
【０２３２】
図４１Ａは、４つのピクセルステージ４２５０、４２６０、４２７０および４２８０を有する共通経路システムを示す。図４１Ｂは、光源がスプリッター４３４０により上部経路および下部経路に分けられる分割経路システムを示す。上部経路は２つのピクセルステージ４２９０および４３００を有し、そして下部経路は２つのピクセルステージ４３１０および４３２０を有する。上部および下部経路は次いで、コンバイナー４３５０により出力画像に結合される。図４１Ｃは、光源がスプリッター４４００により上部経路および下部経路に分けられる分割経路システムを示す。上部経路は３つのピクセルステージ４３６０、４３７０および４３８０を有し、そして下部経路は単一のピクセルステージ４３９０を有する。上部および下部経路は、コンバイナー４４１０により結合されて出力画像を生成する。図４１Ｄは、光源がスプリッター４４６０により３つの経路に分けられる分割経路システムを示す。第一経路は単一のピクセルステージ４４２０を有し、第二経路は単一のピクセルステージ４４３０を有し、そして第三経路は２つのピクセルステージ４４４０および４４５０を有する。これら３つの経路は次いで、コンバイナー４４７０により結合されて出力画像を生成する。図４１Ｅは、光源がスプリッター４５２０により４つの経路に分けられる分割経路システムを示す。これら４つの経路の各々は、単一のピクセルステージ４４８０、４４９０、４５００および４５１０を有する。これら４つの経路は次いで、コンバイナー４５３０により出力画像に結合される。
【０２３３】
図４２〜４４は、本発明のシステム配置のいくつかの他の例を示す。図４２は、図式的な図３８Ｃに示した分割経路システムの例として３つの反射型ピクセルステージを有するシステムを示す。光源は反射体４５４０を透過し、次いでスプリッター／コンバイナー４５５０により３つの経路に分けられる。各経路に、反射型ピクセルステージ４５６０、４５７０、４５８０が配置される。各反射型ピクセルステージ４５６０、４５７０および４５８０は、出力画像の成分（この例では３つ）の１つを生成する。これら３成分は次いで、スプリッター／コンバイナー４５５０に戻って透過し、ここで、これらは出力画像に結合される。出力画像は次いで、必要であれば反射体４５４０により反射され得る。
【０２３４】
図４３は、２つの非ピクセルステージと関連した２つの反射型ピクセルステージを使用する分割経路システムを示す。光源は、スプリッター／コンバイナー４５９０により２つの経路に分けられる。各経路は、非ピクセルステージ４６００、４６２０および反射型ピクセルステージ４６１０、４６３０を有する。図４３のこれら経路の各々は、図３６に示した下部経路と同様に作動する。結果として、図４３に示したシステムは、４成分（各経路により生成された２つ）を有する画像を生成し得る。２つの経路の各々により生成された２つの成分は、スプリッター／コンバイナー４５９０で結合されて出力画像を生成する。
【０２３５】
図４４は、単一の反射型ピクセルステージおよび２つの非ピクセルステージを使用する共通経路システムを示す。図４４のシステムは、図４０に示したシステムの例であり、反射型ピクセルステージ４６７０を使用する。光源は、反射体４６４０、非ピクセルステージ４６５０および４６６０、反射型ピクセルステージ４６７０を透過し、非ピクセルステージ４６５０および４６６０を通って戻り、次いで、必要であれば反射体４６４０により反射される。非ピクセルステージ４６５０および４６６０のスイッチングと、反射型ピクセルステージ４６７０のディスプレイの配列（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）とを協調させることにより、３成分を有する出力が図４４のシステムにより生成され得る。
【０２３６】
図３５〜４４は、本発明において可能な多くの組み合わせのごく一部の例である。３または４成分を有する画像が例として使用されたが、任意の数の成分を有する画像が生成され得る。さらに、４より多くの経路を有す分割経路システムがまた、使用され得る。さらに、可視画像が例として使用されたが、可視範囲外の周波数を有する波がまた、本発明のシステムにおいて、例えば、通信の目的として使用され得る。また、このピクセルステージは、アナログまたはバイナリーであり得る。
【０２３７】
図４５は、共通経路またはシーケンシャル能力のいずれかでＣＳＬＭ技術を利用し得るディスプレイ種類の１８例を列記する表である。２つ以下のディスプレイパネルを使用する場合、フルカラーを表示するためには、空間式、シーケンシャルまたは両方に頼ることが必要となる。ディスプレイの数が３つ以上である場合、空間式またはシーケンシャル技術を使用することは、なお可能ではあるが、必要でない。多くのそのような例は、従ってこの表から省略される。
（Ａ）シーケンシャルカラーディスプレイ フルカラーシーケンシャルディスプレイ（図４５の設計♯２）は、単一イメージエンジンを使用し、３倍複合システムフレームレートで作動し、三色照明で同調発光されて実装される。
【０２３８】
図４６は、透過型液晶ディスプレイを実装しそして本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラーシーケンシャルディスプレイを示す。このシーケンシャルディスプレイは、光源１５００、二偏光子ＣＳＬＭカラーシケンサー１５５０、透過型ピクセル液晶ディスプレイ１５６０、偏光子１５７０、投射レンズ１５８０およびディスプレイスクリーン１５９０を包含する。
【０２３９】
この光源１５００は適切にはハロゲン化金属ランプであり、好ましくは３つ全ての３原色バンドで光出力を発する。あるいは、この光源１５００は、活性ランプシステムまたはランプ／カラーホイールの組み合わせを備え得る。
【０２４０】
例示的目的のための、この二偏光子ＣＳＬＭカラーシケンサー１５５０は、図１８で示した種類である。このＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は、入力偏光子１４５０、青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０を包含する。
【０２４１】
青色ステージ１４２０は、第一リターダースタック１４７０、ＬＣモジュレータ１４８０および第二リターダースタック１４９０を包含する。緑色ステージ１４３０は、第一リターダースタック１５０５、ＬＣモジュレータ１５１０および第二リターダースタック１５２０を包含する。赤色ステージ１４４０は、第一リターダースタック１５３０、ＬＣモジュレータ１５４０および第二リターダースタック１５５０を包含する。入力偏光子１４５０および出力偏光子１４６０は交差される。
【０２４２】
動作上、光源１５００およびシーケンサー１５５０は、液晶ディスプレイ１５６０を赤色、緑色および青色光で順次、照らす。この液晶ディスプレイ１５６０は、光源１５００およびカラーシーケンサー１５５０からの赤色、緑色および青色照明と同調した赤色、緑色および青色画像情報で順次、駆動される。この液晶ディスプレイ１５６０は偏光子１５７０と共同してこの光の強度を変調し、これは画像情報に従ってスクリーン１５９０に送られる。図２４のフルカラーシーケンシャルディスプレイは、前面投射ディスプレイ（これでは、スクリーン１５９０は投射オプティクスと同じ側から見られる）または後面投射ディスプレイ（これでは、スクリーン１５９０は投射オプティクスと反対側から見られる）として実装され得る。
【０２４３】
図４７は、反射型液晶ディスプレイを使用し、そして本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラーシーケンシャルディスプレイを示す。図４７のディスプレイは、透過型液晶ディスプレイの代わりに反射型液晶ディスプレイ１６００が使用される以外は図４６に示したディスプレイと同様である。この配置では、偏光ビームスプリッター１６１０が、ＣＳＬＭカラーシーケンサーのための出力偏光子および反射型液晶ディスプレイ１６００のための入力／出力偏光子、の双方として使用される。従って、偏光ビームスプリッター１６１０は、その偏光が入力偏光子１４５０の偏光軸に関して交差される光を偏光する。動作上、青色ステージ１４２０、緑色ステージ１４３０および赤色ステージ１４４０を通って透過する光は、偏光ビームスプリッター１６１０により反射型液晶ディスプレイ１６００へと反射される。反射型液晶ディスプレイ１６００偏光は、画像情報に従って光を変調し、そしてこの変調された偏光を偏光ビームスプリッター１６１０へと反射し返す。偏光ビームスプリッター１６１０は、液晶ディスプレイ１６００から反射される光の成分（これは、この偏光ビームスプリッター１６１０から液晶ディスプレイ１６００に向って反射された光に関して直交偏光されている）を透過させる。従って、画像情報は、スクリーン１５９０上に表示される。
【０２４４】
上記のように、他のタイプの照射システムを、図４６および図４７のディスプレイにおける光源１５００の代わりに用い得る。例えば、ランプまたは発光ダイオードがパッケージされ得、これらが連続した純の色の連続供給源として機能する。３ランプシステムにおいては、遅延の早い赤色および緑色の燐光を得ることが困難である。１つの解決法は、ＯＣＢモードディスプレイにおいて要されるように、フレーム間での色のクロストークを排除する目的で、本発明のＣＳＬＭとの組み合わせにおいて、ランプシステムを使用することである。
【０２４５】
図４６および図４７に示すディスプレイにおいては、ＣＳＬＭカラーシーケンサーが、光源１５００と液晶ディスプレイ（図４６における１５６０および図４７における１６００）との間に位置する。しかし、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は、このディスプレイシステム内の他の位置に位置され得る。ただし、それが出力（すなわち、スクリーン１５９０）における照射色を効果的に制御する。デジタルカラーシーケンサーを光源１５００と液晶ディスプレイ１５６０または１６００との間に配置することによって、スクリーン１５９０における画像は、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０により引き起こされるいかなる波面歪曲に対しても、感受性ではない。
【０２４６】
ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０が図２７および図２８に示されるように位置するときに、操作電源が比較的高い場合においても、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は比較的小さく作製され得る。ＵＶおよびＩＲフィルター（図示せず）が、好ましくは光源１５００とＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０との間に挿入される。
【０２４７】
ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０の代替の配置は、液晶ディスプレイ１５６０または１６００と投影レンズ１５８０との間、および、投影レンズ１５８０とビューイングスクリーン１５９０との間である。ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０が投影レンズ１５８０とビューイングスクリーン１５９０との間に配置されるならば、ＣＳＬＭカラーシーケンサー１５５０は比較的大きな透明開口および低い波面歪曲を有さなければならない。さらに、この配置はこのＣＳＬＭカラーシーケンサーの電力操作の要求を減少させる。
【０２４８】
高フレーム速度システムについては、ＬＣディスプレイ１５６０または１６００は、ＴＦＴよりむしろ、好ましくはシリコンベースのディスプレイである。典型的な反射型ＬＣＤは、固体ＩＴＯ電極により被覆したガラス基板の間の、強誘電性ＬＣまたはさまざまなネマチックＬＣモード、およびシリコン基板上の反射性活性マトリクス構造体を、一体化する。このようなシステムにおいては、ＣＣＳ１５５０の検光偏光子はＬＣＤパネルへの入力偏光子として作用し得、逆もまたそうである。オフノーマル照射を使用するシステム（デジタルマイクロミラー装置のような）においては、このシーケンサーは、このシステムの照射アームまたは投影アームのいずれかに配置され得る。しかし、逆反射の配置においては、ビームスプリッティング偏光子は、交差した偏光子を作り出すため、および、そのシステムを通るビームの経路を定めるための、両方に機能する。このような配置においては、このシーケンサーはまたビームスプリッティング偏光子とＬＣＤとの間のアームに挿入され得る。しかし、追加の制約がこのようなＣＳＬＭカラーシーケンサーの設計に課される。
【０２４９】
上記のＣＳＬＭ配置においては、ＣＳＬＭステージが主として、検光偏光子の偏光の光の色的な予備調整のために用いられ、この偏光子は、直交する透過軸およびブロッキング軸を有する。このＣＳＬＭ構造は、フィルターに通した出力とニュートラル出力との間を変調する。しかし、ＣＳＬＭ構造が、フィルターに通したスペクトルとニュートラルスペクトルとの間を変調するように制限される必要はないことが、理解されるべきである。
【０２５０】
本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いる、典型的なシーケンシャルディスプレイアーキテクチャー（図４６に示す透過性ディスプレイのような）においては、偏光子（図４６における偏光子１４６０）は、そのカラーシーケンサーの検光偏光子として、およびＬＣディスプレイを介して発生する局所的灰色スケールの入力偏光子としての、両方に作用する。この偏光子は所望でない逆スペクトルを遮蔽し、これによって、このＬＣディスプレイを所望の色および偏光によって照射する。
【０２５１】
この連続したアーキテクチャーは、この偏光子を除去することによって変更され得、これによってカラーおよびグレーレベルの発生手段の両方に、同一の偏光子分析器を共有させる。この様式で、連続したディスプレイの全体が、２つのニュートラル偏光子を用いるのみで実行され得る。全スペクトルがこのＬＣディスプレイ上に入射するので、この偏光は、このＬＣディスプレイが所望の加法原色の偏光状態を変調し得るのみであるように、操作されなければならない。全てのＬＣディスプレイ状態について、逆スペクトルは遮蔽軸に沿って、検光偏光子に到達しなければならない。このスペクトルはしたがって、ＬＣディスプレイの固有偏光に沿って偏光されなければならず、一方加法原色は変調状態に沿って偏光されなければならない。色選択性要素はしたがって、カラーシーケンサーとＬＣディスプレイとの間に、およびＬＣディスプレイと偏光子検光子との間に、挿入されなければならない。このことは、冗長なフィルターに通す動作を表わす。より優美な解決法は、ＬＣディスプレイをカラーシーケンサーに組み込むことである。
【０２５２】
シーケンシャルディスプレイシステムにおいてカラーおよび灰色レベル発生を一体化するための１つの技術は、ＣＳＬＭのリターダースタックを活性にすることである。この様式によって、このＬＣディスプレイはいくつかの活性な部分リターダースタックの間に入れられ得、これらのスタックの各々が、適切な電圧の印加と共に消えるように作製され得る。
【０２５３】
図４８Ａおよび図４８Ｂは、このようなシステムを図示する。このシステムは、入力偏光子１６００、第一の活性リターダー半スタック１６１０、ＬＣディスプレイ１６２０、第二の活性リターダー半スタック１６３０、および出力偏光子１６４０を有する。図２９Ａおよび図２９Ｂに示す実施例においては、出力偏光子１６４０の配向が入力偏光子１６００の配向に直交している。しかし、このシステムはまた平行な偏光子と共にも用いられ得ることが、理解されるべきである。
【０２５４】
図４８Ｂに示すように、活性なリターダー半スタック１６１０および１６３０の各々が、第一のリターダー四分の一スタック１６５０（「ＱＳ」で示す）、活性偏光モジュレータ１６６０、および第二のリターダー四分の一スタック１６７０により作製される。リターダースタック１６５０および１６７０は、リターダー「四分の一スタック」と呼ばれる。なぜなら、上記のように、（偏光モジュレータのいずれかの側にある）受動リターダースタックのうちの１つが「半スタック」とみなされるからである。これは、上記のように、２つのリターダースタックが共同して作動し、ニュートラルスペクトルまたはフィルターに通されたスペクトルを生じさせるからである。２つのリターダー四分の一スタック１６５０および１６７０は共に作動して、１つのリターダー半スタックを形成する。
【０２５５】
偏光モジュレータ１６６０は、他方に対する一方のリターダー四分の一スタックの見かけの配向を変調するために用いられる。モジュレータ１６６０のある状態においては、リターダー四分の一スタック１６５０および１６７０が共同して、ＬＣディスプレイ１６２０の変調状態に沿って１つのスペクトルを、ＬＣディスプレイ１６２０の等方性状態に沿って補色のスペクトルを、調製する。偏光モジュレータ１６６０の他の状態においては、リターダー四分の一スタック１６５０および１６７０は相殺し、ニュートラル入力をＬＣディスプレイ１６２０に生じるが、これは等方性状態または変調状態のいずれかである。ニュートラル出力により、白色フレームまたは追加の色のいずれかが、追加のＣＳＬＭ構造体によって発生され得る。
【０２５６】
活性リターダー半スタック１６１０および１６３０をＬＣディスプレイ１６２０のいずれかの側に配置することによって、活性リターダー半スタック１６１０および１６３０は、単一のピクセル活性偏光モジュレータ１６６０を用いて連続的にインおよびアウトを切り換えられ得る。反射モードの配置においては、ハードウェアの要求はより単純であり得る。これは、２つの活性なリターダー半スタック１６１０および１６３０が、１つのリターダー半スタックを通る２つの経路を示すためである。しかし、設計オプションがこの配置を用いてさらに強制される。
【０２５７】
逆反射配置において真のアナログＬＣディスプレイを用いるならば、多重偏光状態が、このＬＣディスプレイと偏光ビームスプリッタとの間のアームに存在する。２つの部分からなるディスプレイにおいては、逆向きに伝播するビームが、同じ偏光または直交する偏光のいずれかを有する。最終的に、その成分は直交する状態（これが最も透過する）に変換され、このとき中間の偏光状態がグレーレベルを示す。多重偏光状態が適応されなければならないので、偏光子をこのアームに挿入することは実用的ではない。このように、従来のカラーシャッター（色素偏光子または補色の偏光子リターダースタックに基づくようなもの）は、適切ではない。むしろ、使用される技術は、光を遮断することなく偏光を色的に操作しなければならない。このことは、この偏光ビームスプリッタが、ＣＳＬＭカラーシーケンサーと、ＬＣディスプレイとの両方について、検光子として機能することを要する。本発明のＣＳＬＭは、このような要求に適う。
【０２５８】
（Ｂ）（共通経路カラーディスプレイ）
単一ピクセルＬＣデバイスの代わりに透過性ＬＣディスプレイパネルを用いて、リターダースタックの間の偏光モジュレータとすることによって、ＣＳＬＭカラーシーケンサーをスタックパネルフルカラーディスプレイに変換し得る（図４５の設計＃１１）。このような共通経路ディスプレイシステムは、慣習的に「減法」システムと呼ばれるが、本発明のＣＳＬＭ技術によれば、スタックパネルディスプレイが加法モードで操作され得る。加法モードで使用される２つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーと関連して上述した利点の多くが、このスタックパネルディスプレイシステムに関する。
【０２５９】
スタックパネルディスプレイは、原理的には、直視システムまたは投影システム（前または後ろ）のいずれかにおいて実施され得る。図４９は、本発明によるスタックパネル直視ディスプレイを示す。このディスプレイは、バックライト１６８０、入力偏光子１６９０、青色ステージ１７００、緑色ステージ１７１０、および赤色ステージ１７２０、ならびに出力偏光子１７３０を備える。
【０２６０】
青色ステージ１７００は、第一のリターダースタック１７０２、ＬＣディスプレイ１７０４、および第二のリターダースタック１７０６を有する。緑色ステージ１７１０は、第一のリターダースタック１７１２、ＬＣディスプレイ１７１４、および第二のリターダースタック１７１６を有する。赤色ステージ１７２０は、第一のリターダースタック１７２２、ＬＣディスプレイ１７２４、および第二のリターダースタック１７２６を有する。入力偏光子１６９０および出力偏光子１７３０は、これらが交差（直交）する配向を有する。
【０２６１】
操作においては、ＬＣディスプレイ１７０４は青色画像情報によって駆動され、ＬＣディスプレイ１７１４は緑色画像情報によって駆動され、そしてＬＣディスプレイ１７２４は赤色画像情報によって駆動される。青色ステージ１７００の第一のリターダースタック１７０２は、ＬＣディスプレイ１７０４の変調状態に沿って、青色スペクトルを偏光させる。同様に、緑色ステージ１７１０の第一のリターダー１７１２は、ＬＣディスプレイ１７１４の変調状態に沿って緑色スペクトルを偏光させ、そして赤色ステージ１７２０の第一のリターダースタック１７２２は、ＬＣディスプレイ１７２４の変調状態に沿って赤色スペクトルを偏光させる。ＬＣディスプレイ１７０４、１７１４および１７２４は、受動的マトリクスまたは活性マトリクスのディスプレイのいずれかであり得る。
【０２６２】
直視システムにおいては、そのディスプレイの品質を、見る角度の関数として保持することに関して、独特の問題が生ずる。ディスプレイの品質に影響を与える因子には、カラーシフト、コントラスト比、視差、および解像度が挙げられる。直視システムの性能を改良するための方法には、ＬＣフィルム層間の距離に対するピクセルピッチの比率を最大にすること、および／またはあるＬＣディスプレイパネルを次のＬＣディスプレイパネル上に画像化するためのリレーオプティクスを使用することが挙げられる。
【０２６３】
ＬＣフィルム層間距離に対するピクセルピッチの比率を最大化するために、プラスチック基板上に製造されたＬＣディスプレイを用いることによって、基板の厚みを最小化し得る。リターダーの厚みもまた、高複屈折液晶ポリマー層からなるリターダースタックを用いて最小化し得る。内部偏光子は、この設計から排除されるか、あるいはＣＡＢまたはＣＴＡ裏張り基板のない偏光子基板を用いることによって、その厚みを最小化し得る。
【０２６４】
図４９に示す直視システムはバックライト１６８０を使用するが、この直視システムはまた、エッジ照明と共に実行されるバックライトを用いる透過モード、トランスフェクティブモード、または適切な反射モードのＣＬＳＭ設計を用いる真の反射においても、操作し得る。
【０２６５】
このディスプレイシステムの厚みを減少させるための別の可能な技術は、各々のステージにおいて、第一および第二のリターダースタックの機能性を組み合わせることである。図４９に示す通り、リターダースタックは、各ＬＣディスプレイの各々の側に位置している。リターダースタックの各対の機能性を分析することによって、単一のリターダースタックが、これらと置換されるために、原理的には設計され得る。このような単一のリターダースタックは、より少ないフィルムを要する可能性を有し、そしてこれらが２つの別個のリターダースタックのために必要とされる。
【０２６６】
投影ディスプレイシステムは、上映または投影テレビに用い得るが、高度に一体化された、小型かつ軽量の投影ディスプレイシステムを実行するために、本発明のスタックパネル構造体を利用し得る。原理的には、スタックパネル投影ディスプレイシステムは、色分割／結合オプティクスを必要とせずに、従来の３パネルディスプレイシステムと同等の輝度を提供する可能性を有する。
【０２６７】
図５０は、本発明による、スタックパネル投影ディスプレイシステムを示す。この投影ディスプレイシステムは、ランプアセンブリ１５００、ＣＳＬＭベースのスタックパネルカラー画像エンジン１７４０、投影レンズアセンブリ１５８０、およびビューイングスクリーン１５９０を備える。ランプアセンブリ１５００は、視準オプティクス、ＩＲ／ＵＶフィルタリング、および／または偏光回復システムを備える。
【０２６８】
カラー画像エンジン１７４０は、入力偏光子１６９０、ならびに青色ステージ１７００、緑色ステージ１７１０、赤色ステージ１７２０、および出力偏光子１７３０を備える。青色ステージ１７００は、第一のリターダースタック１７０２、ＬＣディスプレイ１７０４、および第二のリターダースタック１７０６を有する。緑色ステージ１７１０は、第一のリターダースタック１７１２、ＬＣディスプレイ１７１４、および第二のリターダースタック１７１６を有する。赤色ステージは、第一のリターダースタック１７２２、ＬＣディスプレイ１７２４、および第二のリターダースタック１７２６を有する。スタックパネルカラー画像エンジン１７４０は、上で図４９と関連して記載したスタックパネルシステムと類似の様式で作動する。図５０のスタックパネル投影ディスプレイシステムは、前方投影ディスプレイ（ここでは、ビューイングスクリーン１５９０は、投影オプティクス１５８０と同じ側から観察される）として、または後方投影ディスプレイ（ここでは、ビューイングスクリーン１５９０は投影オプティクス１５８０の反対側から観察される）として、実行され得る。
【０２６９】
このスタックパネル投影ディスプレイシステムが、活性マトリクス前方投影テレビとして実行される場合には、３つのＬＣディスプレイ１７０４、１７１４、および１７２４は、フルカラーの発生のために、アナログモードで使用される。この場合には、各々のＬＣディスプレイが、加法原色バンドの透過を４〜８ビットの解像度で独立して制御することができなければならない。さらに、１つのステージから選択される特定の透過レベルが、残り２つのステージから選択される透過レベルから実質的に独立していなければならない。中間の電圧においてのこの独立性は、その構造が偏光に影響する様式のため、２偏光子配置において可能である。
【０２７０】
全ての電圧レベルにおいてステージの独立性を達成する目的で、特定のステージに続くステージの作動によって起こる偏光操作が、電力伝達の意味では重要ではないことが必要である。例えば、５０％の透過レベルを達成する目的で、第一ステージ１７００によって特定の色が円偏光状態に変換され得る。続くステージでは、リターダースタックはこの偏光状態を変化させないと仮定される。なぜなら、これらは他の色で作動するからである。次のステージのＬＣディスプレイは、その円形入力の偏光状態を変調させない。これらのＬＣディスプレイは入力偏光子１６９０に対して平行に配向しているので、この偏光状態の楕円性を変化させるのみであり、一方、出力（検光）偏光子１７３０への投影は固定されたままである。このようにして、ステージ間の透過クロストークは実質的に回避され得る。
【０２７１】
（Ｃ）（ハイブリッドカラーディスプレイおよび他の考慮）
図４５の設計番号３〜７、１２、１６、および１７は、カラー発生モードがさまざまな様式で接続された、ハイブリッドカラーディスプレイおよびカラーシーケンサーサブシステムである。ハイブリッド配置はカラー発生スキームの組み合わせを利用し、このスキームには、カラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）法、時間連続的方法、多重経路法、および共通経路法が挙げられる。３つのカラー発生技術（すなわち、多重経路／共通経路／シーケンシャル）を組み合わせて用いるハイブリッドシステムを設計することさえ可能である。特定の配置を選択する動機付けは、全体的な性能の問題（例えば、輝度、色のバランス、および／または色の純度）、重量、サイズ、およびコストから生じる。動機はまた、部品、特に光源および画像エンジン（単数または複数）の特定の挙動によっても動かされる。
【０２７２】
ＣＳＬＭは偏光に基づいているので、これが最も効果的に用いられるのは、偏光状態で発生した光（例えば、レーザーからの光）、効果的に偏光状態に変換された光、または、光を独立して処理するために２つのディスプレイ経路を提供するシステムと共に用いる場合である。偏光回復スキームにおける主要な目的は、ランプの発光をより多く用いた偏光源を作り出す方法である。これは照射オプティクスの部分であり、ディスプレイの外部とみなされ得る。
【０２７３】
偏光回復スキームは、分割経路カラーシーケンサーによって実施され得る。画像エンジンが偏光に依存しないならば（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ（ＤＭＤ）のように）、偏光の損失を回避することに重点が置かれる。偏光の損失を回避するための１つの方法は、分割経路カラーシーケンサーを、偏光されていない光入力を含む直交する偏光に独立して作用するように構成することである。
【０２７４】
図５１は、本発明による透過性分割経路シーケンシャルディスプレイの１例を示す。このディスプレイは、ランプシステム１７５０（これは、ランダムに偏光した光を発する）、偏光ビームスプリッタ１７６０、反射体１７７０、２つのＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂ、２つのＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂ、第二の偏光ビームスプリッタ１８００、第二の反射体１８１０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。
【０２７５】
操作において、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光した光が、第一の偏光ビームスプリッタ１７６０に入る。偏光ビームスプリッタ１７６０は、第一の偏光状態を有する光を透過し、第二の偏光状態（これは、第一の偏光状態に直交する）を有する光を反射する。この偏光ビームスプリッタにより透過された光は、一方のＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ｂに入る。偏光ビームスプリッタ１７６０により反射された光は、反射体１７７０によって再び反射され、他方のＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａに入る。
【０２７６】
各々のＣＳＬＭカラーシーケンサー／ＬＣディスプレイの組み合わせは、図４６および４７に示すシーケンシャルディスプレイの実施態様のいずれかに関連して上に記載したものと類似の様式で作動する。特に、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂは、それらの各ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂを、光スペクトル（例えば、赤色、緑色、および青色の光）により、引き続いて照射する。ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂはそれらの各カラーシーケンサーにより引き続いて出力された光スペクトルと同期した画像情報によって、引き続いて駆動される。例えば、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂが、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂを、赤色光、緑色光、および青色光によって引き続いて照射するならば、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂは、カラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂからの赤色、緑色および青色の照射と同期した、赤色、緑色、および青色の画像情報によって引き続いて駆動される。
【０２７７】
ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂは、その画像情報に従って照射光の偏光を変調する。ＬＣディスプレイ１７９０Ａからの偏光変調された光は、偏光ビームスプリッタ１８００を透過する。ＬＣディスプレイ１７９０Ｂからの偏光変調された光もまた、反射体１８１０を経て偏光ビームスプリッタ１８００に指向される。偏光ビームスプリッタ１８００は、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの偏光変調された光の偏光の状態を分析し、これによってその光をフィルターに通すこと、および、これら２つのＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの偏光変調された光を組み合わせることの、二重の機能を果たす。偏光感受性の光学成分がカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂの下流側にないならば、ＬＣディスプレイ１７９０Ａおよび１７９０Ｂからの光を組み合わせることによって、図３２のディスプレイシステムはその輝度を二倍にする。偏光ビームスプリッタ１８００を出る光は、投影オプティクス１８２０によって画像化される。
【０２７８】
反射体１７７０および１８１０は、図５１のシステムにおいてはプリズムとして示されているが、他のタイプの反射体が使用され得、この場合もやはり本発明の範囲に入ることが、理解されるべきである。さらに、図３２のシステムは２つのＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂを有するよう示されているが、両方の光路を収容するよう設計された単一のＣＳＬＭカラーシーケンサーもまた使用され得、やはり本発明の範囲に入ることが、理解されるべきである。
【０２７９】
図５２は、反射型分割経路シーケンシャルディスプレイを示す。図３３の反射型ディスプレイは、図５１に示すディスプレイに類似するが、但し反射型ＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂが、透過性のＬＣディスプレイの代わりに用いられる。この配置において、偏光ビームスプリッタ１７６０が、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光された入力光のための経路スプリッタとして、およびＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂのための検光偏光子としての、両方として用いられる。操作において、ランプシステム１７５０からのランダムに偏光された光は、偏光ビームスプリッタ１７６０に入り、２つの直交して偏光された成分に分離し、偏光ビームスプリッタ１７６０によって、その一方が透過され、他方が反射される。ＣＳＬＭカラーシーケンサー１７８０Ａおよび１７８０Ｂ、ならびにそれらに関連するＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂは、図５１のディスプレイに関して上に記載したものと類似の様式で作動するが、但し、ＬＣディスプレイ１８３０Ａおよび１８３０Ｂは、光を画像情報に従って偏光変調した後、その光を偏光ビームスプリッタ１７６０に向けて後方に反射する。
【０２８０】
図５３は、分割経路追加ディスプレイシステムを示し、ここでは偏光を用いて光路を分離する。このシステムは、入力偏光子１８３５、青／黄リターダースタック１８４０、第一の偏光ビームスプリッタ１８５０、赤／シアンリターダースタック１８６０、第二の偏光ビームスプリッタ１８７０、ミラー１８８０および１８９０、３つのＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０、第三の偏光ビームスプリッタ１９３０、第四の偏光ビームスプリッタ１９４０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。
【０２８１】
操作において、白色光源（図示せず）からのランダムに偏光された白色光が、入力偏光子１８３５によって偏光され、青／黄リターダースタック１８４０に入る。青／黄リターダースタック１８４０は、その白色光の青色成分を１つの偏光軸に沿って、そして黄色成分（緑および赤）を直交する偏光軸に沿って、偏光させる。図示した実施例においては、入力偏光子１８３５、青／黄リターダースタック１８４０、および第一の偏光ビームスプリッタ１８５０は、偏光ビームスプリッタ１８５０によって、偏光された黄色成分が透過され、偏光された青色成分が反射されるように、配向されている。
【０２８２】
偏光された黄色成分は、赤／シアンリターダースタック１８６０に入り、このリターダースタックが、その黄色成分の赤色部分を１つの偏光軸に沿って、そしてその黄色成分のシアン部分（緑および青）を直交する偏光軸に沿って、偏光させる。図示した実施例においては、赤／シアンリターダースタック１８６０および偏光ビームスプリッタ１８７０は、偏光ビームスプリッタ１８７０によって、偏光された赤色成分が透過され、偏光されたシアン成分が反射されるように、配向されている。青色成分は第一の偏光ビームスプリッタ１８５０によって反射されたので、このシアン成分のうちの緑色部分のみが、偏光ビームスプリッタ１８７０における反射に利用可能である。
【０２８３】
ミラー１８８０によって、反射された青色成分は第一のＬＣディスプレイ１９００の方に向けられ、反射された緑色成分は第二のＬＣディスプレイ１９１０の方に向けられ、そして透過された赤色成分は第三のＬＣディスプレイ１９２０の方に向けられる。
【０２８４】
第一、第二、および第三のＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０は、それぞれ青色、緑色、および赤色の画像情報によって、駆動される。従って、青色、緑色、および赤色の成分は、それらの対応するＬＣディスプレイ上の画像情報に従って、偏光変調される。第一のＬＣディスプレイ１９００から偏光変調された光は、ミラー１８９０によって、偏光ビームスプリッタ１９３０および１９４０の方に指向される。第二のＬＣディスプレイ１９１０からの偏光変調された光は偏光ビームスプリッタ１９３０に指向され、第三のＬＣディスプレイ１９２０からの偏光変調された光は偏光ビームスプリッタ１９４０に指向される。偏光ビームスプリッタ１９３０および１９４０は共に、ＬＣディスプレイ１９００、１９１０、および１９２０からの光の偏光の状態を分析すること、ならびに、これら３つの光路からの光を組み合わせることの、二重の機能を有する。この組み合わせられた光は次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２８５】
図５４は、分割経路３パネル追加ディスプレイシステムを示し、このシステムは、入射する白色光を３つの分離した光路に分離するために、色を使用する。このディスプレイシステムは、入力偏光子１９５０、二色性ビームスプリッタ１９６０、１９７０、１９８０、および１９９０、ミラー２０００および２０１０、ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０、および２０４０、出力偏光子２０５０、ならびに投影オプティクス１８２０を備える。入力偏光子１９５０および２０５０の配向は、交差（直交）している。
【０２８６】
操作において、入射する白色光は偏光子１９５０によって偏光され、第一の二色性ビームスプリッタ１９６０に指向される。二色性ビームスプリッタ１９６０は、この白色光の青色成分を反射し、そして緑色および赤色成分を二色性ビームスプリッタ１９７０の方に透過する。二色性ビームスプリッタ１９７０は、この光の緑色成分を反射し、そしてこの光の赤色成分をミラー２０１０の方に透過する。ミラー２０１０は、この赤色成分を第三のＬＣディスプレイ２０４０に指向する。青色および緑色成分は、それぞれＬＣディスプレイ２０２０および２０３０に指向される。
【０２８７】
ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０および２０４０は、それぞれ青色、緑色、および赤色の画像情報によって駆動される。したがって、ＬＣディスプレイ２０２０、２０３０および２０４０は、その画像情報に従って、それぞれ青色、緑色、および赤色の成分の強度を偏光変調する。この偏光変調された青色成分は、ミラー２０００により反射されて二色性ビームスプリッタ１９８０および１９９０に指向され、これらはこの青色成分を透過する。偏光変調された緑色成分は二色性ビームスプリッタ１９８０に指向され、これはこの緑色成分を二色性ビームスプリッタ１９９０の方に反射する。二色性ビームスプリッタ１９９０は、この緑色成分を透過する。
【０２８８】
偏光変調された赤色成分は二色性ビームスプリッタ１９９０に指向され、これはこの赤色成分を反射する。出力偏光子２０５０は、これら青色、緑色、および赤色の、偏光変調された成分の偏光の状態を分析する。この分析された光が次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２８９】
図５５は、分離偏光光路を用いてフルカラーを実行するための、別のハイブリッドディスプレイアーキテクチャを示す。図３６に示すハイブリッドディスプレイアーキテクチャは、「分割経路／共通経路」と呼ばれる。このディスプレイアーキテクチャは、４パネルシステムであり、これは一方のアーム（「共通経路」アーム）に赤色、緑色および青色のスタックディスプレイパネルを、他方のアーム（「分割経路」アーム）に単一の白色ディスプレイパネルを有する。このディスプレイシステムは、ランダムに偏光した白色光を生じるランプシステム１７５０、第一の偏光ビームスプリッタ１７６０、反射体１７７０、スタック３パネルディスプレイ２０６０、単一パネルディスプレイ２０７０、第二の偏光ビームスプリッタ１８００、第二の反射体１８１０、および投影オプティクス１８２０を備える。
【０２９０】
スタック３パネルディスプレイ２０６０は、入力偏光子２０８０、青色ステージ２０９０、緑色ステージ２１００、赤色ステージ２１１０、および出力偏光子２１２０を有する。青色ステージ２０９０は、第一のリターダースタック２０９２、ＬＣディスプレイ２０９４、および第二のリターダースタック２０９６を有する。緑色ステージ２１００は、第一のリターダースタック２１０２、ＬＣディスプレイ２１０４、および第二のリターダースタック２１０６を有する。赤色ステージ２１１０は、第一のリターダースタック２１１２、ＬＣディスプレイ２１１４、および第二のリターダースタック２１１６を有する。
【０２９１】
単一パネルＬＣディスプレイ２０７０は、入力偏光子２０７２、ＬＣディスプレイ２０７４、および出力偏光子２０７６を備える。単一パネルディスプレイ２０７０の入力および出力偏光子２０７２および２０７６は、交差した配向を有する。同様に、スタック３パネルディスプレイ２０６０の入力および出力偏光子２０８０および２１２０は、交差した配向を有する。
【０２９２】
操作において、ランダムに偏光した白色光は、偏光ビームスプリッタ１７６０によって、直交した偏光成分に分離される。偏光ビームスプリッタ１７６０によって、一方の偏光成分は透過され、他方は反射される。透過した偏光成分は、３パネルスタックディスプレイ２０６０に指向される。３パネルスタックディスプレイ２０６０は、図３１に示す３パネルスタックディスプレイと類似の様式で動作する。
【０２９３】
反射された偏光成分は、反射剤１７７０によって単一パネルディスプレイ２０７０の方に指向される。単一パネルディスプレイ２０７０は「白色パネル」であって、これは白色光の強度を変調する。単一パネルディスプレイ２０７０および３パネルスタックディスプレイ２０６０からの出力は、偏光ビームスプリッタ１８００および反射体１８１０によって再び組み合わせられる。この組み合わせられた出力は次いで、画像化のために投影オプティクス１８２０に指向される。
【０２９４】
図５５に示すハイブリッドディスプレイは、３パネルスタックディスプレイ２０６０の３つのＬＣディスプレイ２０９４、２１０４、および２１１２が、単一パネル白色ディスプレイ２０７０のＬＣディスプレイ２０７４より低いピクセルカウントを有するように、構成され得る。この構成は、より解像度の高い単色画像（単一パネル白色ディスプレイ２０７０により作り出されたものなど）が、認識された解像度にほとんど影響なく、より解像度の低いカラー画像（３パネルスタックディスプレイ２０６０により作り出されたものなど）によって「色を塗られ」得る、という概念を用いる。
【０２９５】
図５５に示すハイブリッドディスプレイはまた、１つの加法原色バンドがＬＣディスプレイによって１つのアーム内で変調され、同時に２つのパネルスタックディスプレイが補色のスペクトルを第二のアーム内で変調するようにも、構成され得る。このことは、３パネルスタックディスプレイ２０６０を、補色のスペクトルを変調するための２パネルスタックディスプレイと置き換えることによって実行され、次いで単一パネルＬＣディスプレイ２０７０は、１つの加法原色バンドを変調する。
【０２９６】
この構成において、単一パネルディスプレイ２０７０を用いて、ランプシステム１７６０が比較的弱い加法原色バンドを変調し得る。例えば、ハロゲン化金属ランプシステムを用いるならば、単一パネルディスプレイ２０７０は赤を変調するために用いられ得、２パネルスタックディスプレイは第二のアーム中で青および緑を変調するために用いられ得る。スペクトルの青色部分の解像度は、ある程度変化され得る。なぜならヒトの目は、位置の情報の決定にスペクトルの青色部分をあまりあてにしないためである。このことは、青色パネルと緑色パネルとの間で画像化する場合に、処理量を増加させるために有用であり得る。
【０２９７】
図５６は、ハイブリッド共通経路／空間的ＣＳＬＭディスプレイを示す。このディスプレイは、１つのＬＣディスプレイを２つの加法原色によって引き続いて照射することの代替を提供する。図５６のディスプレイは、入力偏光子２２００、青色ステージ２２１０、黄色ステージ２２２０、および出力偏光子２２３０を備える。この青色ステージは、第一のリターダースタック２２１２、ＬＣディスプレイ２２１４、および第二のリターダースタック２２１６を有する。黄色ステージは、第一のリターダースタック２２２２、セグメント化されたＬＣディスプレイ２２２４、セグメント化されたフィルター２２２５、および第二のリターダースタック２２２６を有する。セグメント化されたＬＣディスプレイ２２２４は、第一（緑色）セクション２２２４Ａおよび第二の「赤色」セクション２２２４Ｂに分割される。各々のセクションが、全ＬＣディスプレイ２２２４と同数の画像ピクセルを有する。第一のセクション２２２４Ａは緑色画像情報によって駆動され、第二のセクション２２２４Ｂは赤色画像情報によって駆動される。
【０２９８】
セグメント化されたフィルター２２２５Ｂは、赤色光を遮断する第一のシアンフィルターセクション２２２５Ａ、および緑色光を遮断する第二のマゼンタフィルターセクション２２２５Ｂを有する。
【０２９９】
操作において、第一のリターダースタック２２１２および青色ステージ２２１０は、緑色成分および赤色成分が、ＬＣディスプレイ２２１４の固有状態に沿うように、入力光の偏光の予備調整を行う。したがって、青色光がＬＣディスプレイ２２１４によって変調され、第二のリターダースタック２２１６を用いてその偏光変換を完了する。第一のリターダースタック２２２２および黄色ステージ２２２０は、青色成分が黄色ＬＣディスプレイ２２２４の固有状態に沿って偏光されるように、光を予備調整する。したがって、黄色光（緑および赤）は、ＬＣディスプレイ２２２４によって変調される。シアンフィルターセクション２２２５Ａは、緑色光および青色光を通過させ、赤色光を遮断する。マゼンタフィルターセクション２２２５Ｂは、青色光および赤色光を通過させ、緑色光を遮断する。
【０３００】
図５６のハイブリッド構造は、フルカラー共通経路アーキテクチャからの１つのＬＣディスプレイを照射するが、いくらかの空間的な色のサンプリングを有する。
【０３０１】
ＣＳＬＭ構造は、スペクトルの一部を、別のスペクトル部分のものと一致する偏光状態と、直交する偏光状態との間で変調するために、しばしば用いられる。しかし、ＣＳＬＭ構造はまた、任意の偏光の間を変調するためにも用いられ得る。例えば、リターダースタックの設計を適切に調節するために、たとえこのモジュレータがリターダンスの半波によって切り換えられても、ＣＳＬＭは、スペクトルの部分を直交しない状態の間に変調した。
【０３０２】
一例として、ＺＴＮデバイスを用いるＳＯニュートラルＣＳＬＭを考える。これは、第二のＺＴＮデバイスに入る光の偏光を制御するために用いられる。駆動状態においては、リターダースタックが消滅し、全ての光が第二のＺＴＮの固有状態に沿って偏光される。この状態において、全ての光が第二のモジュレータを通過し、このとき偏光状態は変化しない。あるいは、この第二のＺＴＮは４５°に配向され得、これによって全ての光が、駆動状態の第二のＺＴＮによって変調され得る。
【０３０３】
非駆動状態においては、このＣＳＬＭは偏光を修正し、これによって光の一部が固有状態（一般に変調されていない）に沿ったままとなる。このスペクトルの第二の部分が、この第二のＺＴＮの固有状態（すなわち、４５°の線状）に沿った等しい投影を有するように、ＣＳＬＭによって修正された偏光を有する。
【０３０４】
この特定の実施例において、部分的なリターダースタックの組み合わさった作用は、直交した状態間で変調するために通常要されるものの実質的に半分である。１つのクラスの設計は、スペクトルの変調された部分と一致する波長において、半波プレートからなる部分的スタックを有する。第一の部分的リターダースタックから出る変調された光の偏光状態は、 αN−αN-1＋αN-12−・・・α2±α1＝（π／１６）＋（ｍπ／４）
であり、ここでｍは整数であり、Ｎはリターダー要素の数であり、そして最後の符号は、Ｎが奇数であるか偶数であるかによって決定する。
【０３０５】
先の実施例は、シリコンディスプレイ上の反射性液晶に適応し、ここで、ＣＳＬＭは偏光ビームスプリッタとＬＣディスプレイとの間に位置する。畳まれていないときは、このＬＣディスプレイは構造体の中央にあり、このときこのＣＳＬＭ構造体は、このＬＣディスプレイのいずれかの側に効果的にある。明らかに、これらの対応する２つが同じ構造体を通過するので、これらのリターダーの配向は同一であり、順序が逆である。
【０３０６】
偏光ビームスプリッタを使用する逆反射ＬＣディスプレイ配置においては、従来のカラーシャッターをこのＬＣディスプレイアームに挿入することができない。これは、このＬＣディスプレイポートが、直交する偏光を有する逆伝播光線を収容しなければならないためである。したがって、図５７は、偏光ビームスプリッタ２２４０を用いて逆反射ＬＣディスプレイ装置のＬＣディスプレイポートに挿入したＣＳＬＭ構造を示す。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０を用いて、２つの部分的スタック２２６０および２２７０の相互作用を制御する。
【０３０７】
反射型ＬＣディスプレイ２２８０（ＬＣディスプレイ２２８０の反射部分がミラー２２９０で置き換わっている）がＺＴＮデバイスであり、そしてこのＣＳＬＭを用いて偏光ビームスプリッタ２２４０を出る色を制御する場合を考える。交差したリターダースタック配置がこのＣＳＬＭに用いられるならば、ＬＣディスプレイ２２８０は、単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０が駆動状態にあるとき、全ての光を変調する。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０が非駆動状態にあるときは、リターダースタック２２６０および２２７０の組み合わさった変換は、ＬＣディスプレイの固有偏光（これは、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調されない）に沿ったスペクトルの一部を与えることに貢献し、このスペクトルの一部は、ＬＣディスプレイ２２８０の固有偏光（これは、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調される）に沿った等しい投影を有する。この意味において、部分的なリターダースタック２２６０および２２７０は、透過モードのＣＳＬＭのものと同様に機能するが、但し、その偏光の変換が半減している。この場合において、第一の部分的スタック２２６０から出る光は、２２．５度回転される。単一ピクセルＬＣスイッチ２２５０は適切に回転して、この光を受容する。第二の部分的スタック２２７０の作用は、駆動状態にある第一の部分的スタック２２６０の変換の２回の「取消（ｕｎｄｏ）」、および非駆動状態における偏光の変換を完了させることである。後者については、この偏光変換は、ＬＣディスプレイ２２８０によって変調されるべきスペクトルの一部分を与える。この部分は、ＬＣディスプレイ２２８０の固有状態に沿った等しい投影を有し、これによって支持となる偏光ビームスプリッタ２２４０から出る光のレベルが完全に変調され得る。逆に、ＬＣディスプレイ２２８０の固有状態に沿って配向された第二の部分的リターダースタックから出る光は、入口ポートに戻される。
【０３０８】
本発明のＣＳＬＭはまた、空間的カラーデバイスの形成にも有用である。図５８は、パターン化されたＣＳＬＭ２３００を示し、これはパターン化されていないリターダースタック２３１０、１つ以上の部分的にパターン化されたリターダーフィルム２３２０、活性ＬＣディスプレイ２３３０、反射体２３４０、および偏光子２３５０を備える。
【０３０９】
ＬＣディスプレイ２３３０に続く反射体２３４０は、この構造体を通る２つの経路を提供する。パターン化されたリターダーフィルム２３２０は、液晶ポリマーまたは局所的に応力を加えたポリマーフィルムから、適切に形成される。反射モードの配置の対称性が増加されているために、その設計スペースは、透過モードの装置に対して込み合っている。畳んでいないバージョンにおいては、ＬＣディスプレイ２３３０のいずれかの側において部分的なリターダースタックを形成するパターン化されたリターダーフィルムの有効角度は、等価でなければならない。
【０３１０】
１つの特定の構成において、パターン化されたリターダースタックは、０次、または複合した色消しリターダーを含む。例えば、適切な配向の半波リタデーション層を有するピクセルは、偏光回転子を形成し得る。交差した配向の同じリタデーション層は、局所的に等方性である。最後に、２つの半波リタデーション層が平行であるならば、得られる構造体は全波（有色）プレートに劣化する。このようなパターン化された構造体は、ＬＣディスプレイ２３３０への相互作用のために、局所的に偏光の予備調整のために用いられ得る。
【０３１１】
視差の問題を回避するために、パターン化されたリターダースタックは、ＬＣディスプレイ２３３０の活性ピクセルの可能な限り近くに配置される。この構造体のパターン化されていない部分は、変調の要求に依存して、組み込んでも良いし、組み込まなくても良い。当然、パターン化されていないリターダースタック２３１０は、このディスプレイの全てのピクセルのクロミナンスおよび／または変調の特性を左右する効果を有する。
【０３１２】
図５９は、図５８の空間的カラーディスプレイデバイスの、透過モードバージョンを示す。このデバイスは、第一偏光子２３６０、第一のパターン化されていないリターダースタック２３７０、第一のパターン化されたリターダースタック２３８０、ＬＣディスプレイ２３９０、第二のパターン化されたリターダースタック２４００、第二のパターン化されていないリターダースタック２４１０、第二偏光子２４２０、およびバックライト／反射体の組み合わせ２４３０を備える。独特の、パターン化された部分的リターダースタックおよびパターン化されていない部分的リターダースタックが、ＬＣディスプレイ２３９０のいずれかの側において使用され得るので、設計オプションの数は大いに増加する。
【０３１３】
（応用例）
上記のように、本発明のＣＳＬＭは、投影ディスプレイ、バーチャルディスプレイ、および直視ディスプレイの、前方および後方で用い得る。これらのディスプレイは、例えば、輸送用乗物（例えば、自動車および航空機）のヘッドアップディスプレイ、グループプロジェクタ、デスクトップコンピューティング、ホームシアター、携帯式ゲーム、アーケードゲーム（３Ｄおよび２Ｄ）、ラップディスプレイ、携帯式ページャー、個人用デジタル式補助具、衛星航法ディスプレイ、計器（例えば、オシロスコープおよびスペクトル分析器）、ウェブブラウザ、電気通信機、ヘッドマウントディスプレイ、ならびに、仮想現実および増大された現実性を目にもたらすディスプレイ、携帯式の身に着けられるコンピュータ、シミュレータ、カムコーダー（ｃａｍｃｏｒｄｅｒ）、ならびに、ディスプレイ眼鏡、ゴーグル、またはシャッターといった、様々な応用において用いられ得る。
【０３１４】
ディスプレイの応用のために、本発明のマルチピクセルのＣＳＬＭは、放射性ディスプレイ（例えば、陰極線管、エレクトロルミネッセントディスプレイ、活性マトリクスエレクトロルミネッセントディスプレイ、電解放出ディスプレイ、およびプラズマディスプレイ）との組み合わせにおいて使用され得る。本発明のＣＳＬＭはまた、非表示色発生の応用においても用いられ得、これには、比色法、ステージ照明、家庭用／工業用照明、検査システム、レーザーおよび発光ダイオードのためのカラースイッチ、ならびに、分光法のためのチューナブル光源／受光器、ならびに他の分光診断の応用が挙げられる。
【０３１５】
本発明のＣＳＬＭはまた、モジュレータディスプレイと共にも用いられ得、これには、透過型ディスプレイ（例えば、ＴＦＴ−ＬＣＤおよびポリシリコンＬＣＤ）、反射型ディスプレイ（例えば、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、および回折（ｄｅｆｒａｃｔｉｖｅ）格子デバイス）、ならびに受動マトリクスディスプレイ（例えば、ＳＴＮおよび強誘電体液晶ディスプレイ）が挙げられる。
【０３１６】
電子的画像化の応用には、ページ送りまたは文書のスキャナ、インターネットカメラ、スタジオ写真用のデジタルカメラ、顕微鏡、マルチスペクトル画像化、ドキュメンテーション（例えば、光ＩＤカメラ）、アマチュア電子写真、および他の応用例（蛍光分光法および医用描写法（例えば、内視鏡および他の医用診断器具）を含む）が挙げられる。
【０３１７】
画像化デバイスを形成するために、本発明のＣＳＬＭは、電荷結合素子、電荷積算素子、または補色金属酸化物半導体の単一ピクセルまたはマルチピクセル画像装置を用いる、静止カメラまたはビデオカメラと組み合わせられ得る。
【０３１８】
上に記載したように、本発明のＣＳＬＭフィルタを、他の能動または受動フィルタと組み合わせて用いて、ハイブリッドフィルタを作製し得る。本発明のＣＳＬＭフィルタは、リターダーをベースとしたノッチフィルタおよび二色性フィルタのような、受動フィルタと組み合わせられ得、これによって、ＵＶ、ＩＲまたは他の光のバンドを遮断する。これらはまた、偏光干渉フィルタおよびスイッチ偏光子フィルタのような、他の能動フィルタと共にも用いられ得る。
【０３１９】
本発明のＣＳＬＭフィルタは、可視スペクトルにおける色フィルタとして特に有用である。しかし、これらは、分光法、分光測定暗所視フィルタリング、または波長分割多重化の応用のための、他の波長バンドにおける使用のためにもまた製造され得る。本発明のＣＳＬＭカラーフィルターは、多くの応用において、特に、カラー画像の記録および表示の領域において、使用され得る。これらは、マルチピクセルアレイに配列され得、空間的または時間的に多重化され得、そして、光学的にアドレスされ得る。
【０３２０】
前述の実施態様は単なる例示的なものであり、本発明の限定として解釈されるべきではない。本明細書に教示のものは、他のタイプの装置に容易に応用され得る。本発明の記載は例示することを意図されており、特許請求の範囲を限定することは意図されない。多くの変更、改変および変化は、当業者に明白である。特許請求の範囲における手段＋機能の項は、詳細に記載した機能の実施として本明細書に記載した構造を包含すること、そして構造的均等物のみでなく均等な構造をも包含することを、意図される。
【図面の簡単な説明】
【０３２１】
【図１】図１は、本発明に従う、全般的な色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）の概略図である。
【図２】図２は、２４個の本発明の中性色／原色フィルター／スイッチの好ましい設計を列挙した表である。
【図３】図３は、本発明の色選択性光モジュレーター（ＣＳＬＭ）の第１の実施態様を示す。
【図４】図４は、本発明のＣＳＬＭの第２の実施態様を示す。
【図５】図５は、本発明のＣＳＬＭの第３の実施態様を示す。
【図６】図６は、本発明のＣＳＬＭの第４の実施態様を示す。
【図７】図７は、本発明のＣＳＬＭの第５の実施態様を示す。
【図８】図８は、本発明のＣＳＬＭの第６の実施態様を示す。
【図９】図９は、本発明のＣＳＬＭの第７の実施態様を示す。
【図１０】図１０は、本発明のＣＳＬＭの第８の実施態様を示す。
【図１１】図１１は、本発明のＣＳＬＭの第９の実施態様を示す。
【図１２】図１２は、本発明に従う、反射モードのＣＳＬＭを示す。
【図１３】図１３は、図１２の反射モードのＣＳＬＭの「展開」概略図である。
【図１４】図１４は、Ｎ＝３であるＣＳＬＭ設計を列挙する表であり、これらの設計は反射モードのＣＳＬＭデバイスを実行するために必要とされる対称性を有する。
【図１５Ａ】図１５Ａは、反射モードのマゼンタＣＳＬＭの測定した出力のプロットである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、反射モードの黄色ＣＳＬＭの測定した出力のプロットである。
【図１６】図１６は、本発明に従う、緑色出力とマゼンタ出力との間で切換える、可変色相ＣＳＬＭを示す。
【図１７】図１７は、本発明に従う、４６個のＳＯフィルターＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図１８】図１８は、本発明に従う、４６個のＳＯニュートラルＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図１９】図１９は、本発明に従う、５６個の交差偏光子ＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図２０】図２０は、本発明に従う、５９個の交差偏光子ＣＳＬＭ設計のパラメータを示す表である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明に従う、２偏光子マルチステージＣＳＬＭのブロック線図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本発明に従う、４偏光子、３ステージＣＳＬＭのブロック線図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明に従う、２偏光子加法（ＳＯ黒色）ＣＳＬＭ設計を組み込む、ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明に従う、２偏光子加法（ＳＯ黒色）ＣＳＬＭ設計を組み込む、ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図２３】図２３は、図２２Ａおよび２２ＢのＣＳＬＭカラーシーケンサーに関する、真理表である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された赤色の透過スペクトルのプロットである。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された緑色の透過スペクトルのプロットである。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、図２２Ａの完全に組立てられたＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーの場合の測定された青色の透過スペクトルのプロットである。
【図２５Ａ】図２５Ａは、さらに測定されたシアンのスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、さらに測定されたマゼンタのスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、さらに測定された黄色のスペクトルのプロットであって、これはまた、図２２ＡのＲＧＢ ＣＳＬＭカラーシーケンサーを用いて利用できる。
【図２６Ａ】図２６Ａは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された青色ステージの出力のプロットである。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された緑色ステージの出力のプロットである。
【図２６Ｃ】図２６Ｃは、図２２ＡのＣＳＬＭカラーシーケンサーの組立て前に、測定された赤色ステージの出力のプロットである。
【図２７】図２７は、本発明に従った、さらに加法原色を通してフルカラーＣＳＬＭカラーシーケンサーを配列するための駆動スキームを示す。
【図２８】図２８は、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーの２つのＣＳＬＭステージでの電気駆動シグナルおよび対応する光の透過を示す。
【図２９】図２９は、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサー３つのレベルの駆動スキーム変数を示す。
【図３０】図３０は、本発明に従った、ＳＯ加法原色ステージを有する４つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図３１】図３１は、本発明に従った、異なるＣＳＬＭ状態の白色状態のチューニングの効果を示す表である。
【図３２】図３２は、本発明に従った、ＳＯの白色状態を発生する４つの偏光子ＣＳＬＭカラーシーケンサーを示す。
【図３３】図３３は、本発明に従った、ＳＯ加法原色設計を利用する４つの偏光子ＲＧＢ ＣＳＬＭの幅広い領域の視野を示す。
【図３４Ａ】図３４Ａは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｃ】図３４Ｃは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３４Ｄ】図３４Ｄは、図３５〜４４の模式図における種々の成分を示すのに使用される記号を示す。
【図３５】図３５は、本発明に従った、１つの経路上の１つの透過ピクセル化ステージおよび別の経路上の２つの透過ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３６】図３６は、本発明に従った、１つの経路上の反射ピクセル化ステージ、ならびに別の経路上の非ピクセル化ステージおよび反射ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３７】図３７は、本発明に従った、１つの経路上の透過ピクセル化ステージおよび別の経路上の反射ピクセル化ステージを使用する分割経路システムを示す模式図である。
【図３８Ａ】図３８Ａは、３つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、本発明に従った、１つの経路上に１つのピクセル化ステージおよび別の経路上に２つのピクセル化ステージを有する分割経路システムを示す模式図である。
【図３８Ｃ】図３８Ｃは、本発明に従った、分割経路ディスプレイシステムの別の実施態様を示す模式図である。
【図３９Ａ】図３９Ａは、本発明に従った、２つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図３９Ｂ】図３９Ｂは、本発明に従った、２つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４０】図４０は、本発明に従った、1つのピクセル化ステージを有するディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４１Ａ】図４１Ａは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｂ】図４１Ｂは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｃ】図４１Ｃは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｄ】図４１Ｄは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４１Ｅ】図４１Ｅは、本発明に従った、４つの構成要素を有する出力を生成するディスプレイシステムの実施態様を示す模式図である。
【図４２】図４２は、本発明に従った、３つの反射ピクセル化ステージを有するディスプレイシステム示す模式図である。
【図４３】図４３は、本発明に従った、２つの非ピクセル化ステージと組合せた２つの反射ピクセル化ステージを使用する分割経路ディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４４】図４４は、本発明に従った、単一の反射ピクセル化ステージおよび２つの非ピクセル化ステージを使用する共通経路ディスプレイシステムを示す模式図である。
【図４５】図４５は、本発明のＣＳＬＭを利用し得る１８の例のディスプレイ型の一覧表である。
【図４６】図４６は、透過液晶ディスプレイを備えた、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラー逐次ディスプレイを示す。
【図４７】図４７は、反射液晶ディスプレイを使用する、本発明のＣＳＬＭカラーシーケンサーを利用するフルカラー逐次ディスプレイを示す。
【図４８】図４８Ａおよび図４８Ｂは、本発明に従った、活性リターダースタックを有するＣＳＬＭを示す。
【図４９】図４９は、本発明に従った、ＣＳＬＭスタックパネル直視式ディスプレイを示す。
【図５０】図５０は、本発明に従った、ＣＳＬＭスタックパネル投影ディスプレイシステムを示す。
【図５１】図５１は、本発明に従った、ＣＳＬＭ透過分割経路逐次ディスプレイシステムの実施態様を示す。
【図５２】図５２は、本発明に従った、ＣＳＬＭ反射型分割経路逐次ディスプレイシステムを示す。
【図５３】図５３は、本発明に従って、光経路を分割するために偏光を使用する、分割経路加法ディスプレイシステムを示す。
【図５４】図５４は、本発明に従って、入射白色光を３つの分離光経路に分割するようなカラーを利用する分割経路３パネル加法ディスプレイシステムを示す。
【図５５】図５５は、本発明に従って、分割偏光光経路を使用する実装フルカラーのためのＣＳＬＭハイブリッドアーキテクチャを示す。
【図５６】図５６は、本発明に従った、ＣＳＬＭハイブリッド共通経路／空間ディスプレイを示す。
【図５７】図５７は、本発明に従って、逆反射型ＬＣディスプレイアーキテクチャのＬＣディスプレイ部分に挿入されるＣＳＬＭ構造を示す。
【図５８】図５８は、本発明に従った、パターン化ＣＳＬＭを利用する反射型空間カラーディスプレイデバイスを示す。
【図５９】図５９は、本発明に従った、パターン化ＣＳＬＭを利用する透過空間カラーディスプレイデバイスを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光モジュレータであって、以下：
入力光を受容し、偏光を出力するための、入力偏光子；
第一の色選択性偏光モジュレータであって、該偏光を受容するため、および該偏光の少なくとも第一スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第一の色選択性偏光モジュレータ；
第二の色選択性偏光モジュレータであって、該第一の色選択性偏光モジュレータからの光を受容するため、および該偏光の少なくとも第二スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第二の色選択性偏光モジュレータ；および
出力偏光子であって、該第一および第二スペクトルの偏光状態を受容し、分析するための、出力偏光子、
を有する、光モジュレータ。
【請求項２】
光モジュレータであって、以下：
リターダースタックであって、少なくとも部分的な偏光を受容するため、かつ、第一の偏光を有する第一のスペクトル、および第二の偏光を有する第二のスペクトルを出力するための、リターダースタック；および
電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせであって、等方性状態および変調状態を有し、ここで該電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせが、該電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせの変調状態に対応する偏光状態を有する入力光を選択的に変調するよう適合されている、電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせ、
を有する、光モジュレータ。
【請求項３】
前記リターダースタックから出力された前記第一および第二の偏光が、線形偏光である、請求項２に記載の光モジュレータ。
【請求項４】
前記電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせが、受動四分の一波長リターダーとの組み合わせでの様々なリターダーを含む、請求項２に記載の光モジュレータ。
【請求項５】
前記変調状態が線形偏光状態であり、前記等方性状態が円偏光状態である、請求項４に記載の光モジュレータ。
【請求項６】
スタックオンリーモードおよびスタック変更モードを有する光モジュレータであって、以下：
少なくとも部分的に偏光された入力光を受容するための、第一のリターダースタック；
該第一のリターダースタックからの光を受容するための、電気光学的モジュレータ；
該電気光学的モジュレータから出力された光を受容するよう配置された、第二のリターダースタック；および
該第二のリターダースタックからの光を受容し、分析するための、出力偏光子、
を有し；
ここで該第一のリターダースタック、該電気光学的モジュレータ、該第二のリターダースタック、および該出力偏光子が、該スタックオンリーモードにおいて、該出力偏光子により透過された光がニュートラル状態に対応するように、適合かつ配向されている、
光モジュレータ。
【請求項７】
前記スタックオンリーモードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が黒色状態に対応する、請求項６に記載の光モジュレータ。
【請求項８】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が一次のフィルターに通した状態に対応する、請求項７に記載の光モジュレータ。
【請求項９】
前記出力偏光子による前記一次のフィルターに通した状態の伝達が、連続的にチューナブルである、請求項８に記載の光モジュレータ。
【請求項１０】
前記一次のフィルターに通した状態が、赤色状態、緑色状態、および青色状態のうちの１つである、請求項８に記載の光モジュレータ。
【請求項１１】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が、赤色状態、緑色状態、および青色状態のうちの１つに対応する、請求項７に記載の光モジュレータ。
【請求項１２】
前記スタックオンリーモードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が白色状態に対応する、請求項６に記載の光モジュレータ。
【請求項１３】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が一次のフィルターに通した状態に対応する、請求項１２に記載の光モジュレータ。
【請求項１４】
前記出力偏光子による前記一次のフィルターに通した状態の伝達が、連続的にチューナブルである、請求項１３に記載の光モジュレータ。
【請求項１５】
前記一次のフィルターに通した状態が、シアン状態、マゼンタ状態、および黄色状態のうちの１つである、請求項１３に記載の光モジュレータ。
【請求項１６】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が、シアン状態、マゼンタ状態、および黄色状態のうちの１つに対応する、請求項１２に記載の光モジュレータ。
【請求項１７】
シーケンサーであって、以下：
第一モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第一の入力リターダースタック、
該第一のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第一の電気光学的モジュレータ、および
該第一の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第一の出力リターダースタック、
を有する、第一モジュレータステージ；
第二モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第二の入力リターダースタック、
該第二のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第二の電気光学的モジュレータ、および
該第二の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第二の出力リターダースタック、
を有する、第二モジュレータステージ；ならびに
第三モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第三の入力リターダースタック、
該第三のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第三の電気光学的モジュレータ、および
該第三の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第三の出力リターダースタック、
を有する、第三モジュレータステージ、
を有する、シーケンサー。
【請求項１】
光モジュレータであって、以下：
入力光を受容し、偏光を出力するための、入力偏光子；
第一の色選択性偏光モジュレータであって、該偏光を受容するため、および該偏光の少なくとも第一スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第一の色選択性偏光モジュレータ；
第二の色選択性偏光モジュレータであって、該第一の色選択性偏光モジュレータからの光を受容するため、および該偏光の少なくとも第二スペクトルの偏光状態を選択的に変調するための、第二の色選択性偏光モジュレータ；および
出力偏光子であって、該第一および第二スペクトルの偏光状態を受容し、分析するための、出力偏光子、
を有する、光モジュレータ。
【請求項２】
光モジュレータであって、以下：
リターダースタックであって、少なくとも部分的な偏光を受容するため、かつ、第一の偏光を有する第一のスペクトル、および第二の偏光を有する第二のスペクトルを出力するための、リターダースタック；および
電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせであって、等方性状態および変調状態を有し、ここで該電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせが、該電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせの変調状態に対応する偏光状態を有する入力光を選択的に変調するよう適合されている、電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせ、
を有する、光モジュレータ。
【請求項３】
前記リターダースタックから出力された前記第一および第二の偏光が、線形偏光である、請求項２に記載の光モジュレータ。
【請求項４】
前記電気光学的モジュレータおよびリターダーの組み合わせが、受動四分の一波長リターダーとの組み合わせでの様々なリターダーを含む、請求項２に記載の光モジュレータ。
【請求項５】
前記変調状態が線形偏光状態であり、前記等方性状態が円偏光状態である、請求項４に記載の光モジュレータ。
【請求項６】
スタックオンリーモードおよびスタック変更モードを有する光モジュレータであって、以下：
少なくとも部分的に偏光された入力光を受容するための、第一のリターダースタック；
該第一のリターダースタックからの光を受容するための、電気光学的モジュレータ；
該電気光学的モジュレータから出力された光を受容するよう配置された、第二のリターダースタック；および
該第二のリターダースタックからの光を受容し、分析するための、出力偏光子、
を有し；
ここで該第一のリターダースタック、該電気光学的モジュレータ、該第二のリターダースタック、および該出力偏光子が、該スタックオンリーモードにおいて、該出力偏光子により透過された光がニュートラル状態に対応するように、適合かつ配向されている、
光モジュレータ。
【請求項７】
前記スタックオンリーモードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が黒色状態に対応する、請求項６に記載の光モジュレータ。
【請求項８】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が一次のフィルターに通した状態に対応する、請求項７に記載の光モジュレータ。
【請求項９】
前記出力偏光子による前記一次のフィルターに通した状態の伝達が、連続的にチューナブルである、請求項８に記載の光モジュレータ。
【請求項１０】
前記一次のフィルターに通した状態が、赤色状態、緑色状態、および青色状態のうちの１つである、請求項８に記載の光モジュレータ。
【請求項１１】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が、赤色状態、緑色状態、および青色状態のうちの１つに対応する、請求項７に記載の光モジュレータ。
【請求項１２】
前記スタックオンリーモードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が白色状態に対応する、請求項６に記載の光モジュレータ。
【請求項１３】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が一次のフィルターに通した状態に対応する、請求項１２に記載の光モジュレータ。
【請求項１４】
前記出力偏光子による前記一次のフィルターに通した状態の伝達が、連続的にチューナブルである、請求項１３に記載の光モジュレータ。
【請求項１５】
前記一次のフィルターに通した状態が、シアン状態、マゼンタ状態、および黄色状態のうちの１つである、請求項１３に記載の光モジュレータ。
【請求項１６】
前記スタック変更モードにおいて、前記出力偏光子により透過された光が、シアン状態、マゼンタ状態、および黄色状態のうちの１つに対応する、請求項１２に記載の光モジュレータ。
【請求項１７】
シーケンサーであって、以下：
第一モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第一の入力リターダースタック、
該第一のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第一の電気光学的モジュレータ、および
該第一の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第一の出力リターダースタック、
を有する、第一モジュレータステージ；
第二モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第二の入力リターダースタック、
該第二のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第二の電気光学的モジュレータ、および
該第二の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第二の出力リターダースタック、
を有する、第二モジュレータステージ；ならびに
第三モジュレータステージであって、以下：
光の偏光を受容し、変換するための、第三の入力リターダースタック、
該第三のリターダースタックにより出力された光の一部の偏光を受容し、選択的に変調するための、第三の電気光学的モジュレータ、および
該第三の電気光学的モジュレータにより出力された光の偏光を受容し、変換するための、第三の出力リターダースタック、
を有する、第三モジュレータステージ、
を有する、シーケンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２６Ｃ】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３４Ｃ】
【図３４Ｄ】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８Ａ】
【図３８Ｂ】
【図３８Ｃ】
【図３９Ａ】
【図３９Ｂ】
【図４０】
【図４１Ａ】
【図４１Ｂ】
【図４１Ｃ】
【図４１Ｄ】
【図４１Ｅ】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２６Ｃ】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３４Ｃ】
【図３４Ｄ】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８Ａ】
【図３８Ｂ】
【図３８Ｃ】
【図３９Ａ】
【図３９Ｂ】
【図４０】
【図４１Ａ】
【図４１Ｂ】
【図４１Ｃ】
【図４１Ｄ】
【図４１Ｅ】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【公開番号】特開２００８−２０９２１（Ｐ２００８−２０９２１Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９９４４５（Ｐ２００７−１９９４４５）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【分割の表示】特願２０００−５６２８８９（Ｐ２０００−５６２８８９）の分割
【原出願日】平成１１年７月３０日（１９９９．７．３０）
【出願人】（５００５３０５８０）カラーリンク， インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【分割の表示】特願２０００−５６２８８９（Ｐ２０００−５６２８８９）の分割
【原出願日】平成１１年７月３０日（１９９９．７．３０）
【出願人】（５００５３０５８０）カラーリンク， インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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