JP2002148421A - 反射型ホログラムカラーフィルター及びそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents

反射型ホログラムカラーフィルター及びそれを用いた反射型液晶表示装置

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JP2002148421A
JP2002148421A JP2000340642A JP2000340642A JP2002148421A JP 2002148421 A JP2002148421 A JP 2002148421A JP 2000340642 A JP2000340642 A JP 2000340642A JP 2000340642 A JP2000340642 A JP 2000340642A JP 2002148421 A JP2002148421 A JP 2002148421A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い視域がとれかつ明るい反射型ホログラム
カラーフィルターとそれを用いた反射型液晶表示装置。 【解決手段】 反射型体積ホログラムからなり、反射回
折する波長が異なる反射フィルター要素19R、19
G、19Bがアレー状に周期的に配置されてなる反射型
ホログラムカラーフィルター19において、反射フィル
ター要素19R、19G、19Bが所定の方向から入射
する光11を反射方向に一旦集光した後発散するか直接
発散するように回折する反射型体積ホログラムからなる
反射型ホログラムカラーフィルター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型ホログラム
カラーフィルター及びそれを用いた反射型液晶表示装置
に関し、特に、広い視域がとれる明るい反射型ホログラ
ムカラーフィルターとそれを用いた反射型液晶表示装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、反射型ホログラムを用いた
例えばR(赤色)、G(緑色)、B(青色)3色の画素
からなる反射型ホログラムカラーフィルターとその反射
型ホログラムカラーフィルターを用いたカラー液晶表示
装置を特開平10−40726号(特願平8−1975
74号)等において提案している。以下に、その例を特
開平11−109338号の開示の基づいて説明する。
【0003】図9は反射型ホログラムカラーフィルター
を用いた反射型液晶表示装置10の構成を示す断面図で
あり、観察側の透明ガラス基板2と反対側の透明ガラス
基板3との間に、ツイストネマチック等の液晶層1が挟
持されており、観察側の透明ガラス基板2の内表面に
は、図示しないブラック・マトリックスとITO等から
なる一様な透明対向電極4が設けられ、観察側と反対側
の透明ガラス基板3の内表面にはR、G、Bのカラー画
素毎に独立に透明画素電極5とTFT6が設けられてい
る。また、電極4、5の液晶層1側には不図示の配向層
も設けて構成されている。そして、透明ガラス基板2、
3の外表面にはそれぞれ偏光板7、8が貼り付けられて
おり、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配
置されている。そして、観察側と反対側の偏光板8の背
面側外には、後記する反射型ホログラムカラーフィルタ
ー9が配置されている。
【0004】このような反射型液晶表示装置10におい
て、その前面(観察側)から所定角度で照明光11が入
射すると、照明光11はR、G、B各画素の電圧印加状
態に応じた強度変調を受けて反射型ホログラムカラーフ
ィルター9側へ透過する。各画素R、G、Bを強度変調
を受けて透過した光は、赤を表示する画素Rについて
は、反射型ホログラムカラーフィルター9の赤色反射フ
ィルター要素9Rに入射し、その中の赤色波長成分λR
のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度赤を表示
する画素Rを同じ変調を受けて背面側から前面側へ透過
し、赤色画素表示光12Rとなる。フィルター要素9R
で回折されなかった波長成分λG 、λB は通過し、反射
型ホログラムカラーフィルター9の背面に配置された不
図示の吸収層により吸収される。同様に、緑を表示する
画素Gについては、その画素Gで強度変調を受けて透過
した光は、緑色反射フィルター要素9Gに入射し、その
中の緑色波長成分λG のみが選択的に所定方向へ反射回
折され、再度緑を表示する画素Gを同じ変調を受けて背
面側から前面側へ透過し、赤色画素表示光12Rと略同
じ方向に進む緑色画素表示光12Gとなる。また、青色
表示する画素Bについては、その画素Bで強度変調を受
けて透過した光は、青色反射フィルター要素9Bに入射
し、その中の青色波長成分λB のみが選択的に所定方向
へ反射回折され、再度青を表示する画素Bを同じ変調を
受けて背面側から表面側へ透過し、赤色画素表示光12
R及び緑色画素表示光12Gと略同じ方向に進む青色画
素表示光12Bとなる。
【0005】したがって、カラー表示単位中の画素R、
G、Bの変調状態の組み合わせによって3つ色の表示光
12R、12G、12Bの加法混色により任意の色が任
意の輝度で表示可能になり、2次元的に配置されたカラ
ー表示単位の表示状態の組み合わせで表示光12(12
R、12G、12B)の方向から観察可能なカラー画像
が表示できる。
【0006】ここで、反射型ホログラムカラーフィルタ
ー9に用いられる体積型の反射ホログラムについて説明
する。図10は体積型反射ホログラムの撮影方法とその
作用を説明するための図であり、同図(a)において、
フォトポリマー等の厚みのあるホログラム感光材料20
の両側からそれぞれ入射角θ1 、θ2 で波長λR (添字
Rは赤色領域の波長を表す。以下、同様に、添字Gは緑
色領域の波長、添字Bは青色領域の波長を表す。)の可
干渉な物体光21と参照光22を入射させると、感光材
料20中には両者が干渉して干渉縞が記録される。この
ようにして記録されたホログラム20’は、同図(b)
に示すように、記録の時の物体光21と同じ入射角θ1
の照明光あるいは環境光23中の波長λR 及びその近傍
の波長の光のみを、記録の時の参照光22と略同じ方向
に進む射出角θ2 の光24として選択的に反射回折し、
照明光あるいは環境光23中の他の波長λG 、λB の光
25、及び、入射角がθ1 以外の光は通過してしまう。
他の波長λG 、λB を用いて同様に記録したホログラム
も同様である。
【0007】このように、体積型反射ホログラムは波長
選択性及び角度選択性に優れたものであり、感光材料の
厚さ、記録条件、後処理条件等を選択することにより、
回折波長域の半値幅、回折方向の範囲等をある程度制御
可能である。
【0008】さて、以上のような回折波長がそれぞれ赤
色領域、緑色領域、青色領域にある3つの微小なホログ
ラムをアレー状に周期的に配置してなる反射型ホログラ
ムカラーフィルター9を作製すると、図11に示すよう
に、所定方向から入射する照明光あるいは環境光11は
反射型ホログラムカラーフィルター9により所定方向に
反射回折光12として反射回折されるが、反射型ホログ
ラムカラーフィルター9中の赤色反射回折ホログラム要
素9Rはその方向に赤色領域の波長λR のみを回折す
る。同様に、反射型ホログラムカラーフィルター9中の
緑色反射回折ホログラム要素9Gはその方向に緑色領域
の波長λG のみを、青色反射回折ホログラム要素9Bは
その方向に青色領域の波長λB のみを回折する。すなわ
ち、反射型ホログラムカラーフィルター9は、R、G、
B三原色の反射フィルター要素9R、9G、9Bからな
る反射型ホログラムカラーフィルターとしての作用を有
することになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな反射型ホログラムカラーフィルターは、各ホログラ
ム要素が体積型反射ホログラムからなるため、回折効率
の角度依存性が高く、実際上表示光が見える角度範囲
(視域)が狭いと言う問題がある。
【0010】そこで、視域を広げるために、反射型ホロ
グラムカラーフィルターの各ホログラム要素を反射散乱
型にする提案もあるが(特開平10−111501
号)、体積型反射ホログラムを散乱型にすると、記録さ
れている干渉縞が単一の体積型の干渉縞でなくなるた
め、回折効率が低下してしまう問題がある。
【0011】本発明は従来技術のこのような問題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、広い視域がとれか
つ明るい反射型ホログラムカラーフィルターとそれを用
いた反射型液晶表示装置を提供することがである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の反射型ホログラムカラーフィルターは、反射型体積
ホログラムからなり、反射回折する波長が異なる反射フ
ィルター要素がアレー状に周期的に配置されてなる反射
型ホログラムカラーフィルターにおいて、前記反射フィ
ルター要素が所定の方向から入射する光を反射方向に一
旦集光した後発散するか直接発散するように回折する反
射型体積ホログラムからなることを特徴とするものであ
る。
【0013】本発明のもう1つの反射型ホログラムカラ
ーフィルターは、反射型体積ホログラムからなり、反射
回折する波長が異なる反射フィルター要素がアレー状に
周期的に配置されてなる反射型ホログラムカラーフィル
ターにおいて、前記反射フィルター要素が所定の方向か
ら入射する光を反射方向に集光あるいは発散することな
く回折する反射型体積ホログラムからなり、かつ、その
入射側に透過散乱層が配置されていることを特徴とする
ものである。
【0014】この場合、透過散乱層としては、等方性の
透過散乱層からなるもの、あるいは、指向性を持つホロ
グラム透過散乱層からなるもの何れであってもよく、そ
の透過散乱層は反射型ホログラムカラーフィルターに密
着して配置されていても、あるいは、透過散乱層と反射
型ホログラムカラーフィルターの間に他の層が介在して
いてもよい。
【0015】本発明の反射型液晶表示装置は、画素毎に
区切られた画素電極と共通電極の間に挟持され、画素毎
に透過率が制御可能な液晶層を備えた反射型液晶表示装
置において、観察側と反対側の基板の液晶層側あるいは
その反対側に上記の何れかの反射型ホログラムカラーフ
ィルターを備えているもの、あるいは、さらに、反射型
液晶表示装置の観察側に照明用の導光板を備えているも
のである。
【0016】本発明においては、反射型ホログラムカラ
ーフィルターの反射フィルター要素が所定の方向から入
射する光を反射方向に一旦集光した後発散するか直接発
散するように回折する反射型体積ホログラムからなる
か、反射フィルター要素が所定の方向から入射する光を
反射方向に集光あるいは発散することなく回折する反射
型体積ホログラムからなり、かつ、その入射側に透過散
乱層が配置されてなるので、広い視域でかつ明るい反射
型ホログラムカラーフィルターが得られ、その反射型ホ
ログラムカラーフィルターを用いることにより反射型液
晶表示装置も広い視域で明るい表示が可能なものとな
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づく反射型ホロ
グラムカラーフィルターとそれを用いた反射型液晶表示
装置を実施例に基づいて説明する。
【0018】本発明に基づいて反射型ホログラムカラー
フィルターの視域を広げるための第1の方策は、反射型
ホログラムカラーフィルターの各ホログラム要素を集光
性あるいは発散性に構成することである。第2の方策
は、従来のように、集光性あるいは発散性のないホログ
ラム要素からなる反射型ホログラムカラーフィルターの
入射側に透過散乱板を配置することである。以下、これ
らを順に説明する。
【0019】図1に、本発明に基づく反射型ホログラム
カラーフィルターの1実施例の断面図を示す。この反射
型ホログラムカラーフィルター19は、アレー状に周期
的に配置されているR、G、B三原色の反射フィルター
要素19R、19G、19Bからなるものであり、これ
らフィルター要素は体積型反射ホログラムからなってい
る。この中、赤色反射フィルター要素19Rは、入射角
θ1 で入射する照明光あるいは環境光11中の赤色波長
成分λR 及びその近傍の波長の光のみを回折するもので
あり、同様に緑色反射フィルター要素19Gは、緑色波
長成分λG 及びその近傍の波長の光のみを回折するもの
であり、青色反射フィルター要素19Bは、青色波長成
分λB 及びその近傍の波長の光のみを回折するものであ
る。ただし、それらのフィルター要素からの反射回折光
12R、12G、12Bは、図1に示すように、略同じ
距離の焦点位置に集光するものである。すなわち、各反
射フィルター要素19R、19G、19Bはそれぞれ赤
色波長λR 、緑色波長λG、青色波長λB を選択的に回
折すると共に集光性の回折特性を持つ体積型反射ホログ
ラムからなるものである。そのため、所定の入射角θ1
で照明光あるいは環境光11が入射すると、各フィルタ
ー要素19R、19G、19Bで回折された対応する色
の波長成分の回折光12R、12G、12Bは一旦集光
し、その後、各フィルター要素19R、19G、19B
の径と焦点距離で決まる立体角α内に均一に発散してゆ
くので、遠方の観察者の眼Eがこの角度範囲内にあるか
ぎり、全てのフィルター要素19R、19G、19Bか
らの3つ色全ての表示光12R、12G、12Bを観察
することができることになり、広い視域がとれる反射型
ホログラムカラーフィルターとなる。しかも、各ホログ
ラム要素19R、19G、19Bには単一の体積型の干
渉縞しか記録されていないので高い回折効率となり、明
るい反射型ホログラムカラーフィルターとなる。
【0020】ところで、図1の場合は、各フィルター要
素19R、19G、19Bで回折された回折光12R、
12G、12Bは、一旦集光した後発散するものであっ
たが、各反射フィルター要素を発散性の回折特性を持つ
体積型反射ホログラムからなるものとしても同様の特性
のものを得ることができる。その場合の反射型ホログラ
ムカラーフィルターの断面図を図2に示す。この反射型
ホログラムカラーフィルター29は、アレー状に周期的
に配置されているR、G、B三原色の反射フィルター要
素29R、29G、29Bからなるものであり、これら
フィルター要素は体積型反射ホログラムからなってい
る。この中、赤色反射フィルター要素29Rは、入射角
θ1 で入射する照明光あるいは環境光11中の赤色波長
成分λR 及びその近傍の波長の光のみを回折するもので
あり、同様に緑色反射フィルター要素29Gは、緑色波
長成分λG 及びその近傍の波長の光のみを回折するもの
であり、青色反射フィルター要素29Bは、青色波長成
分λB 及びその近傍の波長の光のみを回折するものであ
る。そして、これらのフィルター要素からの反射回折光
12R、12G、12Bは、図2に示すように、略同じ
距離の焦点位置から発散する発散性の回折特性を持つ体
積型反射ホログラムからなるものである。そのため、所
定の入射角θ1 で照明光あるいは環境光11が入射する
と、各フィルター要素29R、29G、29Bで回折さ
れた対応する色の波長成分の回折光12R、12G、1
2Bは、それらの径と焦点距離で決まる立体角α内に均
一に発散してゆくので、遠方の観察者の眼Eがこの角度
範囲内にあるかぎり、全てのフィルター要素29R、2
9G、29Bからの3つ色全ての表示光12R、12
G、12Bを観察することができることになり、広い視
域がとれる反射型ホログラムカラーフィルターとなる。
しかも、同様に、各ホログラム要素29R、29G、2
9Bには単一の体積型の干渉縞しか記録されていないの
で高い回折効率となり、明るい反射型ホログラムカラー
フィルターとなる。
【0021】図1、図2のような、集光性あるいは発散
性で異なる波長の光を選択的に反射回折する反射フィル
ター要素がアレー状に周期的に配置されている反射型ホ
ログラムカラーフィルター19、29を作製するには、
例えば図3(a)、(b)に示すような配置で撮影すれ
ばよい。図3(a)において、フォトポリマー等の厚み
のあるホログラム感光材料20の表面側から、まず入射
角θ1 で波長λR の平行光31を入射させると共に、そ
の裏面側からその平行光31と可干渉な平行光32を集
光レンズ33を介して集光光32’として入射させ、平
行光31と集光光32’とを感光材料20中で干渉させ
て記録する。ただし、この記録の際、集光レンズ33
は、作製する反射型ホログラムカラーフィルター19の
赤色反射フィルター要素19Rの位置に対応するように
アレー状に配置しておき、それ以外には平行光32が入
射しないように、集光レンズ33間に遮光マスク34を
配置しておく。また、表面側から入射する平行光31
も、作製する反射型ホログラムカラーフィルター19の
赤色反射フィルター要素19Rの領域以外には入射しな
いように、感光材料20の表面側に遮光マスク34’を
配置しておく。
【0022】このようにして赤色反射フィルター要素1
9Rを記録し、次に、集光レンズ33、遮光マスク3
4、34’を1つのフィルター要素分移動して、今度は
平行光31と平行光32の波長をλG に変更して同様に
して緑色反射フィルター要素19Gを記録し、さらに、
同様にして、平行光31と平行光32の波長をλB に変
更して青色反射フィルター要素19Bを記録することに
より、図1の集光性で異なる波長の光を選択的に反射回
折する反射フィルター要素19R、19G、19Bがア
レー状に周期的に配置されてなる反射型ホログラムカラ
ーフィルター19が得られる。
【0023】図3(b)は、図2の発散性で異なる波長
の光を選択的に反射回折する反射フィルター要素29
R、29G、29Bがアレー状に周期的に配置されてな
る反射型ホログラムカラーフィルター29を撮影するた
めの配置を示す図であり、図3(a)との違いは、ホロ
グラム感光材料20の裏面側から入射させた平行光32
を集光レンズ33を介して一旦集光させた後に発散光3
2”として入射させる点だけであり、その他は図3
(a)の場合と同様であり、同様にして図2の発散性で
異なる波長の光を選択的に反射回折する反射フィルター
要素29R、29G、29Bがアレー状に周期的に配置
されてなる反射型ホログラムカラーフィルター29が得
られる。
【0024】次に、本発明に基づく別のタイプの反射型
ホログラムカラーフィルターについて説明する。このタ
イプの反射型ホログラムカラーフィルターは、前記した
ように、図11のような集光性も発散性もないホログラ
ム要素9R、9G、9Bからなる反射型ホログラムカラ
ーフィルター9の入射側に透過散乱板を配置するもので
ある。
【0025】図4は、反射型ホログラムカラーフィルタ
ー9の入射側にすりガラスあるいは乳白色板のような透
過散乱板15を配置して、広い視域がとれる複合反射型
ホログラムカラーフィルター39Aとする場合の作用を
示す図であり、所定の斜めの入射角で照明光あるいは環
境光11が入射すると、まず、透過散乱板15である程
度の散乱角内に散乱し、次いで、その散乱光は反射型ホ
ログラムカラーフィルター9の各反射フィルター要素2
9R、29G、29Bの平行な干渉縞で波長選択を受け
ると同時にその干渉縞に対して略正反射される方向に回
折され、その回折光は透過散乱板15で再度散乱され
る。したがって、この複合反射型ホログラムカラーフィ
ルター39Aの場合は、図11の反射型ホログラムカラ
ーフィルター9単体に比べて、各波長の回折光は散乱さ
れる分、視域が広くなる。ただし、すりガラスや乳白色
板は等方方向に散乱し、また、吸収もあるため、光の損
失が多くなり、ある程度明るさが犠牲になる。
【0026】そこで、次の図5(a)、(b)、図6
(a)、(b)の実施例においては、反射型ホログラム
カラーフィルター9の入射側に配置する透過散乱板とし
て指向性を持つホログラム透過散乱板を配置し、散乱方
向を制限することにより、より明るい複合反射型ホログ
ラムカラーフィルターとなる。以下、順に説明する。
【0027】図5(a)、(b)は反射型ホログラムカ
ラーフィルター9aを構成するホログラム要素9R、9
G、9Bの干渉縞がホログラム面に平行に記録されてい
る場合であり、このような場合、照明光あるいは環境光
11が直接入射すると、回折光は正反射方向に回折され
る。その場合に、図5(a)においては、所定の入射角
で入射する照明光あるいは環境光11はホログラム透過
散乱板25aで回折されずに透過し、その透過光は反射
型ホログラムカラーフィルター9の各反射フィルター要
素29R、29G、29Bで波長選択を受けると同時に
正反射方向へ回折され、その回折光はホログラム透過散
乱板25aで正面方向のある角度範囲内へ散乱するよう
に回折される。したがって、このような複合反射型ホロ
グラムカラーフィルター39Bによると、正面方向の散
乱光の角度範囲内で明るく広い視域を有する複合反射型
ホログラムカラーフィルターとなる。
【0028】また、図5(b)においては、所定の入射
角で入射する照明光あるいは環境光11はまずホログラ
ム透過散乱板25bである角度範囲内へ散乱するように
回折され、その回折光は反射型ホログラムカラーフィル
ター9の各反射フィルター要素29R、29G、29B
で波長選択を受けると同時に正反射方向へ回折され、そ
の回折光はホログラム透過散乱板25bで正面方向へ散
乱するように再度回折される。したがって、このような
複合反射型ホログラムカラーフィルター39Cによる
と、正面方向の散乱光の角度範囲内で明るく広い視域を
有する複合反射型ホログラムカラーフィルターとなる。
【0029】次に、図6(a)、(b)は反射型ホログ
ラムカラーフィルター9bを構成するホログラム要素9
R、9G、9Bの干渉縞がホログラム面に対して傾いて
記録されており、照明光あるいは環境光11が直接入射
すると、回折光は正面方向に回折される場合である。こ
の場合に、図6(a)においては、所定の入射角で入射
する照明光あるいは環境光11はホログラム透過散乱板
25cで回折されずに透過し、その透過光は反射型ホロ
グラムカラーフィルター9の各反射フィルター要素29
R、29G、29Bで波長選択を受けると同時に正面方
向へ回折され、その回折光はホログラム透過散乱板25
cで正面方向のある角度範囲内へ散乱するように回折さ
れる。したがって、このような複合反射型ホログラムカ
ラーフィルター39Dによると、正面方向の散乱光の角
度範囲内で明るく広い視域を有する複合反射型ホログラ
ムカラーフィルターとなる。
【0030】また、図6(b)においては、所定の入射
角で入射する照明光あるいは環境光11はまずホログラ
ム透過散乱板25dである角度範囲内へ散乱するように
回折され、その回折光は反射型ホログラムカラーフィル
ター9の各反射フィルター要素29R、29G、29B
で波長選択を受けると同時に正面方向を中心にある角度
範囲内に回折され、その回折光はホログラム透過散乱板
25dで正面方向へ散乱するように再度回折される。し
たがって、このような複合反射型ホログラムカラーフィ
ルター39Eによると、正面方向の散乱光の角度範囲内
で明るく広い視域を有する複合反射型ホログラムカラー
フィルターとなる。
【0031】このように、反射型ホログラムカラーフィ
ルター9の入射側に配置されるホログラム透過散乱板2
5a〜25dは若干の回折特性の差はあるが、集光性も
発散性もないホログラム要素9R、9G、9Bからなる
反射型ホログラムカラーフィルター9a、9bの入射側
に配置することにより、所定の制限された角度範囲内に
それぞれの波長成分を損失なく明るく回折することがで
きる広い視域を有する複合反射型ホログラムカラーフィ
ルターを構成することができる。
【0032】なお、以上のような回折特性を持つホログ
ラム透過散乱板25a〜25dは、例えば図7に示した
ような配置で撮影することにより作製できる。図7
(a)の場合は、図5(a)、(b)に示した特性のホ
ログラム透過散乱板25a、25bを作製するための配
置であり、フォトポリマー等のホログラム感光材料40
に面して間隔をおいてガラスあるいは乳白色板のような
透過散乱板15を略平行に配置し、透過散乱板15の裏
面側から所定波長の照明光41で照明し、透過散乱板1
5の透過側に散乱光42を発生させ、その散乱光42を
物体光としてホログラム感光材料40の1面に入射させ
る。同時に、照明光あるいは環境光11の入射角と同じ
入射角で可干渉な参照光43を同じ側からホログラム感
光材料40に入射させてその物体光42と参照光43を
干渉させて記録する。この場合、ホログラム感光材料4
0中に記録されたホログラムの再生照明光の入射角の角
度依存性が高い場合に、図5(a)のホログラム透過散
乱板25aとなり、相対的にその角度依存性が低い場合
に、図5(b)のホログラム透過散乱板25bとなる。
【0033】図7(b)の場合は、図6(a)、(b)
に示した特性のホログラム透過散乱板25c、25dを
作製するための配置であり、フォトポリマー等のホログ
ラム感光材料40に面して間隔をおいてガラスあるいは
乳白色板のような透過散乱板15を略平行に配置し、透
過散乱板15の裏面に略垂直に所定波長の照明光41を
入射させ、透過散乱板15で散乱された散乱光44と透
過散乱板15で散乱を受けずに透過した透過光45とを
同時にホログラム感光材料40に入射させ、その散乱光
44と透過光45と干渉させて記録する。この場合、ホ
ログラム感光材料40中に記録されたホログラムの再生
照明光の入射角の角度依存性が高い場合に、図6(a)
のホログラム透過散乱板25cとなり、相対的にその角
度依存性が低い場合に、図6(b)のホログラム透過散
乱板25dとなる。
【0034】さて、本発明は、以上のような、集光性あ
るいは発散性で異なる波長の光を選択的に反射回折する
反射フィルター要素がアレー状に周期的に配置されてな
る反射型ホログラムカラーフィルター19、29、及
び、集光性も発散性もなく異なる波長の光を選択的に反
射回折する反射フィルター要素がアレー状に周期的に配
置されてなる反射型ホログラムカラーフィルター9とそ
の入射側に透過散乱板が配置されて構成された複合反射
型ホログラムカラーフィルター39A〜39Eを組み込
んだ反射型液晶表示装置を含むものである。その1例を
図8に示す。
【0035】図8はこの実施例の反射型液晶表示装置5
0の構成を示す断面図であり、観察側の透明ガラス基板
2の内表面には、図示しないブラック・マトリックスと
ITO等からなる一様な透明対向電極4が設けられ、観
察側と反対側の透明ガラス基板3の内表面には、例えば
図1に示した本発明の反射型ホログラムカラーフィルタ
ー19が設けられ、その表面に偏光板8が積層され、さ
らにその上にR、G、Bのカラー画素毎に独立に透明画
素電極5とTFT6が設けられている。このような観察
側の透明ガラス基板2と反対側の透明ガラス基板3の間
に、ツイストネマチック等の液晶層1が挟持されてい
る。また、電極4、5の液晶層1側には不図示の配向層
も設けて構成されている。そして、観察側の透明ガラス
基板2の外表面には偏光板7が貼り付けられており、偏
光板7と偏光板8は例えばそれらの透過軸は相互に直交
するように配置されている。なお、観察側と反対側の透
明ガラス基板3側に設ける偏光板8は省いてもよい場合
がある。また、観察側と反対側の透明ガラス基板3の外
表面には吸収層13が貼り付けられている。
【0036】このような反射型液晶表示装置10におい
て、その前面(観察側)から所定角度で照明光11が入
射すると、照明光11はR、G、B各画素の電圧印加状
態に応じた強度変調を受けて反射型ホログラムカラーフ
ィルター19側へ透過する。各画素R、G、Bを強度変
調を受けて透過した光は、赤を表示する画素Rについて
は、反射型ホログラムカラーフィルター19の赤色反射
フィルター要素19Rに入射し、その中の赤色波長成分
λR のみが選択的に所定角度範囲α内に発散するように
反射回折され、再度赤を表示する画素Rを同じ変調を受
けて背面側から前面側へ透過し、赤色画素表示光12R
となる。フィルター要素19Rで回折されなかった波長
成分λG 、λB は通過し、透明ガラス基板3の背面に配
置された吸収層13により吸収される。同様に、緑を表
示する画素Gについては、その画素Gで強度変調を受け
て透過した光は、緑色反射フィルター要素19Gに入射
し、その中の緑色波長成分λG のみが選択的に所定角度
範囲α内に発散するように反射回折され、再度緑を表示
する画素Gを同じ変調を受けて背面側から前面側へ透過
し、赤色画素表示光12Rと略同じ角度範囲に進む緑色
画素表示光12Gとなる。また、青色表示する画素Bに
ついては、その画素Bで強度変調を受けて透過した光
は、青色反射フィルター要素9Bに入射し、その中の青
色波長成分λBのみが選択的に所定角度範囲α内に発散
するように反射回折され、再度青を表示する画素Bを同
じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、赤色画素表
示光12R及び緑色画素表示光12Gと略同じ角度範囲
に進む青色画素表示光12Bとなる。
【0037】したがって、カラー表示単位中の画素R、
G、Bの変調状態の組み合わせによって3つ色の表示光
12R、12G、12Bの加法混色により任意の色が任
意の輝度で表示可能になり、2次元的に配置されたカラ
ー表示単位の表示状態の組み合わせで表示光12(12
R、12G、12B)の角度範囲α内の任意の方向から
観察可能な明るいカラー画像表示ができるようになる。
【0038】以上の説明においては、反射型液晶表示装
置50に組み込む反射型ホログラムカラーフィルターと
しては、図1に示したものとしたが、その代わりに図2
に示した反射型ホログラムカラーフィルター29、ある
いは、図4、図5(a)、(b)、図6(a)、(b)
に示した複合反射型ホログラムカラーフィルター39A
〜39Eを組み込んでも同様の反射型液晶表示装置が得
られる。
【0039】なお、図8の実施例においては、これら本
発明による反射型ホログラムカラーフィルター19、2
9、複合反射型ホログラムカラーフィルター39A〜3
9Eを、観察側と反対側の透明ガラス基板3の内表面に
配置しているが、図9の場合と同様に透明ガラス基板3
の外表面上に配置してもよい。ただし、これら反射型ホ
ログラムカラーフィルター19、29、39A〜39E
が液晶層1から離れると、視差が目立つようになり、表
示像が見難くなると共に分解能も低下するので、図8の
ように、内表面側に配置することが望ましい。
【0040】また、図8の反射型液晶表示装置50の観
察側に、特開平11−109338号に開示されている
ような導光板51あるいは特願2000−319260
で本出願人が提案しているような導光板51を配置して
人工的な照明光11で反射型液晶表示装置50を照明す
るようにしてもよい。
【0041】さらに、図4〜図6のような配置におい
て、透過散乱板15、25a〜25dは反射型ホログラ
ムカラーフィルター9、9a、9bに密着している必要
は必ずしもなく、相互に離間していてもよく、また、そ
の間に他の層、光学素子が配置されていてもよい。
【0042】なお、前記したように、ホログラム透過散
乱板25a〜25dは透過型ホログラムから構成される
が、透過型ホログラムは回折の波長依存性が余り高くな
いので、図7のような配置で撮影する際、RGBの3波
長で記録する必要はなく、その中の1波長あるいは2波
長で記録すれば十分である。
【0043】以上、本発明の反射型ホログラムカラーフ
ィルター及びそれを用いた反射型液晶表示装置を実施例
に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限
定されず種々の変形が可能である。
【0044】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の反射型ホログラムカラーフィルター及びそれを用いた
反射型液晶表示装置によると、反射型ホログラムカラー
フィルターの反射フィルター要素が所定の方向から入射
する光を反射方向に一旦集光した後発散するか直接発散
するように回折する反射型体積ホログラムからなるか、
反射フィルター要素が所定の方向から入射する光を反射
方向に集光あるいは発散することなく回折する反射型体
積ホログラムからなり、かつ、その入射側に透過散乱層
が配置されてなるので、広い視域でかつ明るい反射型ホ
ログラムカラーフィルターが得られ、その反射型ホログ
ラムカラーフィルターを用いることにより反射型液晶表
示装置も広い視域で明るい表示が可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく反射型ホログラムカラーフィル
ターの1実施例の断面図である。
【図2】本発明に基づく反射型ホログラムカラーフィル
ターの別の実施例の断面図である。
【図3】図1、図2の反射型ホログラムカラーフィルタ
ーを作製するための配置を示す図である。
【図4】本発明に基づく反射型ホログラムカラーフィル
ターのさらに別の実施例の断面図である。
【図5】本発明に基づいてホログラム透過散乱板を用い
た反射型ホログラムカラーフィルターの実施例の構成と
作用を示す図である。
【図6】本発明に基づいてホログラム透過散乱板を用い
た反射型ホログラムカラーフィルターの別の実施例の構
成と作用を示す図である。
【図7】図5と図6で用いているホログラム透過散乱板
を作製するための配置を示す図である。
【図8】本発明に基づく反射型反射型液晶表示装置の1
実施例の構成を示す断面図である。
【図9】従来の反射型ホログラムカラーフィルターを用
いた反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図10】従来の体積型反射ホログラムの撮影方法とそ
の作用を説明するための図である。
【図11】従来の反射型ホログラムカラーフィルターの
作用を説明するための図である。
【符号の説明】
1…液晶層 2、3…透明ガラス基板 4…透明対向電極 5…透明画素電極 6…TFT 7、8…偏光板 9…反射型ホログラムカラーフィルター 9a…反射型ホログラムカラーフィルター 9b…反射型ホログラムカラーフィルター 9R、9G、9B…ホログラム要素 10…反射型液晶表示装置 11…照明光(環境光) 12…表示光 12R、12G、12B…反射回折光(表示光) 13…吸収層 15…透過散乱板 19…反射型ホログラムカラーフィルター 19R、19G、19B…反射フィルター要素(ホログ
ラム要素) 20…ホログラム感光材料 20’…ホログラム 21…物体光 22…参照光 23…照明光(環境光) 24…反射回折光 25…非回折光 25a、25b、25c、25d…ホログラム透過散乱
板 29…反射型ホログラムカラーフィルター 29R、29G、29B…反射フィルター要素(ホログ
ラム要素) 31…平行光 32…平行光 32’…集光光 32”…発散光 33…集光レンズ 34、34’…遮光マスク 39A、39B、39C、39D、39E…複合反射型
ホログラムカラーフィルター 40…ホログラム感光材料 41…照明光 42…散乱光(物体光) 43…参照光 44…散乱光 45…透過光 50…反射型液晶表示装置 51…導光板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反射型体積ホログラムからなり、反射回
    折する波長が異なる反射フィルター要素がアレー状に周
    期的に配置されてなる反射型ホログラムカラーフィルタ
    ーにおいて、前記反射フィルター要素が所定の方向から
    入射する光を反射方向に一旦集光した後発散するか直接
    発散するように回折する反射型体積ホログラムからなる
    ことを特徴とする反射型ホログラムカラーフィルター。
  2. 【請求項2】 反射型体積ホログラムからなり、反射回
    折する波長が異なる反射フィルター要素がアレー状に周
    期的に配置されてなる反射型ホログラムカラーフィルタ
    ーにおいて、前記反射フィルター要素が所定の方向から
    入射する光を反射方向に集光あるいは発散することなく
    回折する反射型体積ホログラムからなり、かつ、その入
    射側に透過散乱層が配置されていることを特徴とする反
    射型ホログラムカラーフィルター。
  3. 【請求項3】 前記透過散乱層が等方性の透過散乱層か
    らなることを特徴とする請求項2記載の反射型ホログラ
    ムカラーフィルター。
  4. 【請求項4】 前記透過散乱層が指向性を持つホログラ
    ム透過散乱層からなることを特徴とする請求項2記載の
    反射型ホログラムカラーフィルター。
  5. 【請求項5】 前記透過散乱層が前記反射型ホログラム
    カラーフィルターに密着して配置されていることを特徴
    とする請求項2から4の何れか1項記載の反射型ホログ
    ラムカラーフィルター。
  6. 【請求項6】 前記透過散乱層と前記反射型ホログラム
    カラーフィルターの間に他の層が介在していることを特
    徴とする請求項2から4の何れか1項記載の反射型ホロ
    グラムカラーフィルター。
  7. 【請求項7】 画素毎に区切られた画素電極と共通電極
    の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を
    備えた反射型液晶表示装置において、観察側と反対側の
    基板の液晶層側あるいはその反対側に請求項1から6の
    何れか1項記載の反射型ホログラムカラーフィルターを
    備えていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 画素毎に区切られた画素電極と共通電極
    の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を
    備えた反射型液晶表示装置において、観察側と反対側の
    基板の液晶層側あるいはその反対側に請求項1から6の
    何れか1項記載の反射型ホログラムカラーフィルターを
    備えており、かつ、反射型液晶表示装置の観察側に照明
    用の導光板を備えていることを特徴とする反射型液晶表
    示装置。
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