JP2002258260A - 表示装置 - Google Patents
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- JP2002258260A JP2002258260A JP2001054569A JP2001054569A JP2002258260A JP 2002258260 A JP2002258260 A JP 2002258260A JP 2001054569 A JP2001054569 A JP 2001054569A JP 2001054569 A JP2001054569 A JP 2001054569A JP 2002258260 A JP2002258260 A JP 2002258260A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色分離機能を有するホログラムカラーフィル
ターと空間変調素子とを用いた表示装置において照明光
の利用効率を高くして明るい表示が可能なもの。 【解決手段】 空間変調素子６と、導光板１０と、導光
板１０の空間変調素子６に対向する面上に設けられて、
導光板１０を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ
光を特定の角度方向に集光して回折させる干渉縞であっ
て、赤色光を空間変調素子６の赤色画素上に集光して回
折させ、緑色光を空間変調素子６の緑色画素上に集光し
て回折させ、青色光を空間変調素子の青色画素上に集光
して回折させる干渉縞からなる微小体積ホログラム１’
のアレー１とから構成された表示装置において、導光板
１０の中を導光される光が、色毎に中心光線の角度の異
なる指向性散乱光１５G 、１５R 、１５B である。
ターと空間変調素子とを用いた表示装置において照明光
の利用効率を高くして明るい表示が可能なもの。 【解決手段】 空間変調素子６と、導光板１０と、導光
板１０の空間変調素子６に対向する面上に設けられて、
導光板１０を伝送する特定の波長で特定の入射角を持つ
光を特定の角度方向に集光して回折させる干渉縞であっ
て、赤色光を空間変調素子６の赤色画素上に集光して回
折させ、緑色光を空間変調素子６の緑色画素上に集光し
て回折させ、青色光を空間変調素子の青色画素上に集光
して回折させる干渉縞からなる微小体積ホログラム１’
のアレー１とから構成された表示装置において、導光板
１０の中を導光される光が、色毎に中心光線の角度の異
なる指向性散乱光１５G 、１５R 、１５B である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に関し、
特に、色分離機能を有するホログラムカラーフィルター
と空間変調素子とを用いた明るい表示装置に関するもの
である。
特に、色分離機能を有するホログラムカラーフィルター
と空間変調素子とを用いた明るい表示装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ホログラムカラーフィルターと導光板と
を組み合わせてフラット型若しくは直視型のディスプレ
イに用いることは多く提案されているが、例えば特開平
１０−２５３９５５号、特開２０００−２４１８１２の
提案がある。
を組み合わせてフラット型若しくは直視型のディスプレ
イに用いることは多く提案されているが、例えば特開平
１０−２５３９５５号、特開２０００−２４１８１２の
提案がある。
【０００３】特開平１０−２５３９５５号のものは、一
層の体積型ホログラムの波長選択性・角度選択性を利用
して、導光板中を繰り返し反射で導かれる白色散乱光中
のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）毎に異なる入射
角で入射する波長成分を選択的にかつ異なる回折角で回
折させてそれぞれの原色画素に入射させるようにしたホ
ログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置であ
る。
層の体積型ホログラムの波長選択性・角度選択性を利用
して、導光板中を繰り返し反射で導かれる白色散乱光中
のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）毎に異なる入射
角で入射する波長成分を選択的にかつ異なる回折角で回
折させてそれぞれの原色画素に入射させるようにしたホ
ログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置であ
る。
【０００４】また、特開２０００−２４１８１２のもの
は、楔状導光板から出た光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に異なる回折
角で回折する回折格子と、回折格子で異なる角度に分け
られたＲ、Ｇ、Ｂの光をそれぞれの原色画素に集光させ
る集光素子とからなる液晶表示装置である。
は、楔状導光板から出た光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に異なる回折
角で回折する回折格子と、回折格子で異なる角度に分け
られたＲ、Ｇ、Ｂの光をそれぞれの原色画素に集光させ
る集光素子とからなる液晶表示装置である。
【０００５】また、ホログラムカラーフィルターの波長
選択性・角度選択性を利用して、波長毎に異なった角度
から照明光を入射させることにより、照明の効率を上げ
る方法は、本出願人による特願２０００−１２９０３６
や、“ＩＤＷ”，’００，ｐ．１０７７〜１０８０にお
いて提案されている。
選択性・角度選択性を利用して、波長毎に異なった角度
から照明光を入射させることにより、照明の効率を上げ
る方法は、本出願人による特願２０００−１２９０３６
や、“ＩＤＷ”，’００，ｐ．１０７７〜１０８０にお
いて提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特開平１０−２５３９
５５号のように、ホログラムカラーフィルターの照明光
として導光板中を繰り返し反射で導かれる白色散乱光を
用いようとすると、ホログラムの波長選択性・角度選択
性のため、ホログラムカラーフィルターにより回折され
て利用される割合は高くなく、照明光の利用効率は余り
高くならないという問題があった。
５５号のように、ホログラムカラーフィルターの照明光
として導光板中を繰り返し反射で導かれる白色散乱光を
用いようとすると、ホログラムの波長選択性・角度選択
性のため、ホログラムカラーフィルターにより回折され
て利用される割合は高くなく、照明光の利用効率は余り
高くならないという問題があった。
【０００７】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、色分離機能を有
するホログラムカラーフィルターと空間変調素子とを用
いた表示装置において、照明光の利用効率を高くして明
るい表示が可能なものを提供することである。
みてなされたものであり、その目的は、色分離機能を有
するホログラムカラーフィルターと空間変調素子とを用
いた表示装置において、照明光の利用効率を高くして明
るい表示が可能なものを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表示装置は、画素がアレー状に配置された空間変調
素子と、その空間変調素子に並列して配置された導光板
と、その導光板の前記空間変調素子に対向する面上に設
けられて、前記導光板を伝送する特定の波長で特定の入
射角を持つ光を特定の角度方向に集光して回折させる干
渉縞であって、赤色光を前記空間変調素子の赤色画素上
に集光して回折させ、緑色光を前記空間変調素子の緑色
画素上に集光して回折させ、青色光を前記空間変調素子
の青色画素上に集光して回折させる干渉縞からなる微小
体積ホログラムのアレーとから構成された表示装置にお
いて、前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光
線の角度の異なる指向性散乱光であることを特徴とする
ものである。
明の表示装置は、画素がアレー状に配置された空間変調
素子と、その空間変調素子に並列して配置された導光板
と、その導光板の前記空間変調素子に対向する面上に設
けられて、前記導光板を伝送する特定の波長で特定の入
射角を持つ光を特定の角度方向に集光して回折させる干
渉縞であって、赤色光を前記空間変調素子の赤色画素上
に集光して回折させ、緑色光を前記空間変調素子の緑色
画素上に集光して回折させ、青色光を前記空間変調素子
の青色画素上に集光して回折させる干渉縞からなる微小
体積ホログラムのアレーとから構成された表示装置にお
いて、前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光
線の角度の異なる指向性散乱光であることを特徴とする
ものである。
【０００９】本発明のもう１つの表示装置は、画素がア
レー状に配置された空間変調素子と、その空間変調素子
に並列して配置された導光板と、その導光板の前記空間
変調素子に対向する面上に設けられて、前記導光板を伝
送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度
で回折させる一様で平行な平面状の干渉縞からなる体積
ホログラムと、その体積ホログラムと前記空間変調素子
の間に平行に配置され、前記体積ホログラムから回折さ
れた赤色光を前記空間変調素子の赤色画素上に集光し、
前記体積ホログラムから回折された緑色光を前記空間変
調素子の緑色画素上に集光し、前記体積ホログラムから
回折された青色光を前記空間変調素子の青色画素上に集
光する集光素子アレーとから構成された表示装置におい
て、前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光線
の角度の異なる指向性散乱光であることを特徴とするも
のである。
レー状に配置された空間変調素子と、その空間変調素子
に並列して配置された導光板と、その導光板の前記空間
変調素子に対向する面上に設けられて、前記導光板を伝
送する特定の波長で特定の入射角を持つ光を特定の角度
で回折させる一様で平行な平面状の干渉縞からなる体積
ホログラムと、その体積ホログラムと前記空間変調素子
の間に平行に配置され、前記体積ホログラムから回折さ
れた赤色光を前記空間変調素子の赤色画素上に集光し、
前記体積ホログラムから回折された緑色光を前記空間変
調素子の緑色画素上に集光し、前記体積ホログラムから
回折された青色光を前記空間変調素子の青色画素上に集
光する集光素子アレーとから構成された表示装置におい
て、前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光線
の角度の異なる指向性散乱光であることを特徴とするも
のである。
【００１０】これらにおいて、波長が長い色程、指向性
散乱光の中心光線の体積ホログラムに対する入射角が大
きいように設定することが望ましい。
散乱光の中心光線の体積ホログラムに対する入射角が大
きいように設定することが望ましい。
【００１１】また、導光板の一端面に指向性散乱板が設
けられ、その指向性散乱板を通して異なる方向から異な
る色の光束を入射するように構成することができる。
けられ、その指向性散乱板を通して異なる方向から異な
る色の光束を入射するように構成することができる。
【００１２】その場合、異なる色の光源が異なる位置に
配置され、各光源から指向性散乱板に異なる色の光束が
入射される構成とすることができる。
配置され、各光源から指向性散乱板に異なる色の光束が
入射される構成とすることができる。
【００１３】また、共通の白色光源が配置され、白色光
源からの光束を色毎に異なる角度に分光する分光素子を
介して指向性散乱板に入射させることもできる。
源からの光束を色毎に異なる角度に分光する分光素子を
介して指向性散乱板に入射させることもできる。
【００１４】また、光源からの光束が各光源に対応した
集光手段により集光若しくは平行光化されることが望ま
しい。
集光手段により集光若しくは平行光化されることが望ま
しい。
【００１５】また、導光板を一端面から対向する端面に
向かって厚みが小さくなるか大きくなる楔状の導光板か
ら構成することが望ましい。
向かって厚みが小さくなるか大きくなる楔状の導光板か
ら構成することが望ましい。
【００１６】その場合に、導光板の前面と後面のなす角
度をδとし、体積ホログラムの回折の角度選択幅がΔθ
とするとき、Δθ≒２δを満たすことが望ましい。
度をδとし、体積ホログラムの回折の角度選択幅がΔθ
とするとき、Δθ≒２δを満たすことが望ましい。
【００１７】また、指向性散乱光の散乱角度範囲が体積
ホログラムの回折の角度選択幅に対して十分に大きく設
定されていることが望ましい。
ホログラムの回折の角度選択幅に対して十分に大きく設
定されていることが望ましい。
【００１８】また、導光板の前面と後面のなす角度をδ
とし、指向性散乱光の中心光線の導光板内での繰り返し
反射回数をｎ、指向性散乱光の散乱角度幅をΔφとする
とき、Δφ≒２δ×ｎの関係を満足することが望まし
い。
とし、指向性散乱光の中心光線の導光板内での繰り返し
反射回数をｎ、指向性散乱光の散乱角度幅をΔφとする
とき、Δφ≒２δ×ｎの関係を満足することが望まし
い。
【００１９】本発明においては、導光板の中を導光され
る光が、色毎に中心光線の角度の異なる指向性散乱光で
あるので、色分離機能を有するホログラムカラーフィル
ターの各色に対するブラッグの回折条件を満足する入射
角近傍に各色の照明光を集中させることができ、無駄な
く高い光利用効率で空間変調素子の原色画素に対応する
色の光を集光させることができ、照明光の利用効率を高
くして明るい表示が可能になる。
る光が、色毎に中心光線の角度の異なる指向性散乱光で
あるので、色分離機能を有するホログラムカラーフィル
ターの各色に対するブラッグの回折条件を満足する入射
角近傍に各色の照明光を集中させることができ、無駄な
く高い光利用効率で空間変調素子の原色画素に対応する
色の光を集光させることができ、照明光の利用効率を高
くして明るい表示が可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】まず、本発明の表示装置のホログ
ラムカラーフィルターの原理を説明すると、本発明にお
いて用いられるホログラムカラーフィルターは、特開平
１０−２５３９５５号において提案されたものと同様
に、一層の波長選択性と角度選択性を持たせた体積型ホ
ログラムからなり、ブラッグ条件を満足する特定の角度
で特定の波長域の光のみを特定の角度へ回折するもので
ある。
ラムカラーフィルターの原理を説明すると、本発明にお
いて用いられるホログラムカラーフィルターは、特開平
１０−２５３９５５号において提案されたものと同様
に、一層の波長選択性と角度選択性を持たせた体積型ホ
ログラムからなり、ブラッグ条件を満足する特定の角度
で特定の波長域の光のみを特定の角度へ回折するもので
ある。
【００２１】図７は、このようなホログラムカラーフィ
ルターを用いた透過型画像表示装置を説明するため図で
ある。ホログラムカラーフィルター１としては、要素ホ
ログラム１’のアレーからなるものを用いるが、その中
の干渉縞２が一様な傾きで一様な間隔からなり集光性の
ないものの場合は、要素ホログラム１’間の境界は存在
しないが、要素ホログラム１’が集光性ホログラムで構
成される場合は、ホログラムカラーフィルター１は要素
ホログラム１’のアレーからなる。ここで、ホログラム
カラーフィルター１を構成するホログラム１’は単層の
体積型ホログラムからなり、回折角度の選択性、回折波
長の選択性を持つものである。
ルターを用いた透過型画像表示装置を説明するため図で
ある。ホログラムカラーフィルター１としては、要素ホ
ログラム１’のアレーからなるものを用いるが、その中
の干渉縞２が一様な傾きで一様な間隔からなり集光性の
ないものの場合は、要素ホログラム１’間の境界は存在
しないが、要素ホログラム１’が集光性ホログラムで構
成される場合は、ホログラムカラーフィルター１は要素
ホログラム１’のアレーからなる。ここで、ホログラム
カラーフィルター１を構成するホログラム１’は単層の
体積型ホログラムからなり、回折角度の選択性、回折波
長の選択性を持つものである。
【００２２】図７に示すように、入射角θG で入射した
Ｇ領域の波長λG の入射光３G は、干渉縞２でブラッグ
条件を満足して例えばホログラムカラーフィルター１の
正面方向へ回折光４G として回折されるように干渉縞２
が構成されており、それ以外の波長の光は波長選択性に
より回折されないで透過する。また、この入射角θG以
外の角度で入射するＧ領域の波長λG の光は、角度選択
性により、図７に示すようには回折されないで透過す
る。
Ｇ領域の波長λG の入射光３G は、干渉縞２でブラッグ
条件を満足して例えばホログラムカラーフィルター１の
正面方向へ回折光４G として回折されるように干渉縞２
が構成されており、それ以外の波長の光は波長選択性に
より回折されないで透過する。また、この入射角θG以
外の角度で入射するＧ領域の波長λG の光は、角度選択
性により、図７に示すようには回折されないで透過す
る。
【００２３】これに対して、入射角θG と異なる入射角
θR （θR ＞θG ）で入射したＲ領域の波長λR の入射
光３R は、干渉縞２でブラッグ条件を満足してＧ領域の
波長λG の回折光４G より右側に回折光４R として回折
される。また、入射角θB （θB ＜θG ）で入射したＢ
領域の波長λB の入射光３B は、干渉縞２でブラッグ条
件を満足してＧ領域の波長λG の回折光４G より左側に
回折光４R として回折される。
θR （θR ＞θG ）で入射したＲ領域の波長λR の入射
光３R は、干渉縞２でブラッグ条件を満足してＧ領域の
波長λG の回折光４G より右側に回折光４R として回折
される。また、入射角θB （θB ＜θG ）で入射したＢ
領域の波長λB の入射光３B は、干渉縞２でブラッグ条
件を満足してＧ領域の波長λG の回折光４G より左側に
回折光４R として回折される。
【００２４】したがって、ホログラムカラーフィルター
１に、入射角θG で入射するＧ領域の波長λG の成分３
G 、入射角θR で入射するＲ領域の波長λR の成分
３R 、入射角θB で入射するＢ領域の波長λB の成分３
B を含む照明光３を入射させるようにすれば、回折光４
はＲＧＢ色毎に角度分離された光４R 、４G 、４B とな
る。
１に、入射角θG で入射するＧ領域の波長λG の成分３
G 、入射角θR で入射するＲ領域の波長λR の成分
３R 、入射角θB で入射するＢ領域の波長λB の成分３
B を含む照明光３を入射させるようにすれば、回折光４
はＲＧＢ色毎に角度分離された光４R 、４G 、４B とな
る。
【００２５】ここで、要素ホログラム１’が干渉縞２が
一様な集光性のないものからなる場合には、各要素ホロ
グラム１’に集光レンズ（凸レンズ）が対応するように
ホログラムカラーフィルター１の回折側直後にマイクロ
レンズアレー５を配置して構成し、要素ホログラム１’
が１次元あるいは２次元集光性の場合には、このマイク
ロレンズアレー５を配置しないで構成すると、マイクロ
レンズアレー５の後側焦点面あるいは集光性要素ホログ
ラム１’の集光面上に角度分離されたＲＧＢ色の回折光
４R 、４G 、４B はそれぞれ色分離されて集光する。
一様な集光性のないものからなる場合には、各要素ホロ
グラム１’に集光レンズ（凸レンズ）が対応するように
ホログラムカラーフィルター１の回折側直後にマイクロ
レンズアレー５を配置して構成し、要素ホログラム１’
が１次元あるいは２次元集光性の場合には、このマイク
ロレンズアレー５を配置しないで構成すると、マイクロ
レンズアレー５の後側焦点面あるいは集光性要素ホログ
ラム１’の集光面上に角度分離されたＲＧＢ色の回折光
４R 、４G 、４B はそれぞれ色分離されて集光する。
【００２６】以上が本発明の画像表示装置に用いるホロ
グラムカラーフィルター１の分光原理であり、異なる複
数の波長帯域λR 、λG 、λB の光３R 、３G 、３B で
あって、それぞれブラッグの回折条件を満足する異なる
入射角θR 、θG 、θB で入射する成分を含む照明光３
を入射させた場合に、異なる別々の回折角でそれぞれの
波長帯域λR 、λG 、λB の光４R 、４G 、４B として
回折する特性のものと言うことができる。
グラムカラーフィルター１の分光原理であり、異なる複
数の波長帯域λR 、λG 、λB の光３R 、３G 、３B で
あって、それぞれブラッグの回折条件を満足する異なる
入射角θR 、θG 、θB で入射する成分を含む照明光３
を入射させた場合に、異なる別々の回折角でそれぞれの
波長帯域λR 、λG 、λB の光４R 、４G 、４B として
回折する特性のものと言うことができる。
【００２７】このようなホログラムカラーフィルター１
の回折光４射出側の焦光面上に、要素ホログラム１’各
々に対応して隣接する３つの原色画素Ｒ、Ｇ、Ｂが周期
的に配置されてなる透過型液晶表示素子等の透過型空間
光変調器６を配置し、かつ、回折光４中のＲ成分４R の
集光位置にＲ画素が、Ｇ成分４G の集光位置にＧ画素
が、Ｂ成分４B の集光位置にＢ画素が位置するように配
置して、ホログラムカラーフィルター１の照明光３とし
て、Ｒ、Ｇ、Ｂの成分光３R 、３G 、３B であって、そ
れぞれブラッグの回折条件を満足する異なる入射角
θR 、θG 、θB で入射する成分を含む照明光３を入射
させると、ＲＧＢの回折光４R 、４G 、４B はそれぞれ
対応する透過型空間光変調器６の赤、緑、青を表示する
画素Ｒ、Ｇ、Ｂに入射してそれらの画素の表示状態に応
じた強度変調を受けて透過側の観察者の眼Ｅに達するの
で、画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって、
照明光の光利用効率が高く色再現性の良いカラー画像表
示が可能になる。
の回折光４射出側の焦光面上に、要素ホログラム１’各
々に対応して隣接する３つの原色画素Ｒ、Ｇ、Ｂが周期
的に配置されてなる透過型液晶表示素子等の透過型空間
光変調器６を配置し、かつ、回折光４中のＲ成分４R の
集光位置にＲ画素が、Ｇ成分４G の集光位置にＧ画素
が、Ｂ成分４B の集光位置にＢ画素が位置するように配
置して、ホログラムカラーフィルター１の照明光３とし
て、Ｒ、Ｇ、Ｂの成分光３R 、３G 、３B であって、そ
れぞれブラッグの回折条件を満足する異なる入射角
θR 、θG 、θB で入射する成分を含む照明光３を入射
させると、ＲＧＢの回折光４R 、４G 、４B はそれぞれ
対応する透過型空間光変調器６の赤、緑、青を表示する
画素Ｒ、Ｇ、Ｂに入射してそれらの画素の表示状態に応
じた強度変調を受けて透過側の観察者の眼Ｅに達するの
で、画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって、
照明光の光利用効率が高く色再現性の良いカラー画像表
示が可能になる。
【００２８】さて、図１の模式的な断面図を参照にし
て、上記のようなホログラムカラーフィルター１を用い
た本発明の１実施例の表示装置を説明する。透明な導光
板１０の前面１０2 に上記のようなホログラムカラーフ
ィルター１が貼り付けられており、導光板１０の一端面
１０1 には指向性散乱板１１が貼り付けられている。こ
の指向性散乱板１１は、透明板中に透明ビーズを分散さ
せてなるもの、あるいは、マイクロレンズアレーからな
るもの等であり、所定の入射角で入射する光をその入射
角に対応する射出角を中心として所定の角度範囲内、例
えば入射角±１０°の角度範囲内に均等に散乱させるも
のであり、上記のような散乱板に限らず、若干特性が落
ちるが通常のマット面からなる散乱板を用いてもよい。
て、上記のようなホログラムカラーフィルター１を用い
た本発明の１実施例の表示装置を説明する。透明な導光
板１０の前面１０2 に上記のようなホログラムカラーフ
ィルター１が貼り付けられており、導光板１０の一端面
１０1 には指向性散乱板１１が貼り付けられている。こ
の指向性散乱板１１は、透明板中に透明ビーズを分散さ
せてなるもの、あるいは、マイクロレンズアレーからな
るもの等であり、所定の入射角で入射する光をその入射
角に対応する射出角を中心として所定の角度範囲内、例
えば入射角±１０°の角度範囲内に均等に散乱させるも
のであり、上記のような散乱板に限らず、若干特性が落
ちるが通常のマット面からなる散乱板を用いてもよい。
【００２９】そして、導光板１０の一端面１０1 に面し
てＲ、Ｇ、Ｂの光源１２R 、１２G、１２B が分離して
並列に配置されており、それぞれの光源１２R 、１
２G 、１２B からのＲ、Ｇ、Ｂの光１４R 、１４G 、１
４B を導光板１０の一端面１０1上の指向性散乱板１１
に集光させるレンズ１３R 、１３G 、１３B が光源１２
R、１２G 、１２B と指向性散乱板１１の間に配置され
ている。
てＲ、Ｇ、Ｂの光源１２R 、１２G、１２B が分離して
並列に配置されており、それぞれの光源１２R 、１
２G 、１２B からのＲ、Ｇ、Ｂの光１４R 、１４G 、１
４B を導光板１０の一端面１０1上の指向性散乱板１１
に集光させるレンズ１３R 、１３G 、１３B が光源１２
R、１２G 、１２B と指向性散乱板１１の間に配置され
ている。
【００３０】そして、ホログラムカラーフィルター１の
回折光４射出側の焦光面上に、透過型空間光変調器６と
して用いる透過型液晶表示素子の液晶層が位置するよう
に透過型空間光変調器６を配置し、かつ、回折光４中の
Ｒ成分４R の集光位置にＲ画素が、Ｇ成分４G の集光位
置にＧ画素が、Ｂ成分４B の集光位置にＢ画素が位置す
るように配置する。
回折光４射出側の焦光面上に、透過型空間光変調器６と
して用いる透過型液晶表示素子の液晶層が位置するよう
に透過型空間光変調器６を配置し、かつ、回折光４中の
Ｒ成分４R の集光位置にＲ画素が、Ｇ成分４G の集光位
置にＧ画素が、Ｂ成分４B の集光位置にＢ画素が位置す
るように配置する。
【００３１】このような配置であるので、レンズ１
３R 、１３G 、１３B で集光され指向性散乱板１１で散
乱されて導光板１０内に入射したＲ、Ｇ、Ｂの光束１５
R 、１５ G 、１５B は、図２に示すように、一定の立体
角のコーン状の角度範囲内に分布している。この各色の
光束１５R 、１５G 、１５B の角度分布は、ホログラム
カラーフィルター１の各色の光が同時に入射する位置を
中心に見ると、図３に示すようなコーン状の角度範囲に
なる。
３R 、１３G 、１３B で集光され指向性散乱板１１で散
乱されて導光板１０内に入射したＲ、Ｇ、Ｂの光束１５
R 、１５ G 、１５B は、図２に示すように、一定の立体
角のコーン状の角度範囲内に分布している。この各色の
光束１５R 、１５G 、１５B の角度分布は、ホログラム
カラーフィルター１の各色の光が同時に入射する位置を
中心に見ると、図３に示すようなコーン状の角度範囲に
なる。
【００３２】図３に示したコーン状の光束１５R 、１５
G 、１５B の角度範囲内に、ホログラムカラーフィルタ
ー１のブラッグの回折条件を満足する入射角θR 、
θG 、θ B （図７）が入るように、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源１
２R 、１２G 、１２B の位置を選んでＲ、Ｇ、Ｂの光１
４R 、１４G 、１４B を指向性散乱板１１に入射させる
と、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束１５R 、１５G 、１５B 中に回折
可能な成分光３R 、３G 、３B が必ず存在することにな
るので、ＲＧＢ色毎に角度分離された回折光４R 、
４G 、４B を効率良く生じさせ、透過型空間光変調器６
の画素Ｒ、Ｇ、Ｂに入射させて、高い照明光の利用効率
で明るいカラー画像の表示が可能になる。
G 、１５B の角度範囲内に、ホログラムカラーフィルタ
ー１のブラッグの回折条件を満足する入射角θR 、
θG 、θ B （図７）が入るように、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源１
２R 、１２G 、１２B の位置を選んでＲ、Ｇ、Ｂの光１
４R 、１４G 、１４B を指向性散乱板１１に入射させる
と、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束１５R 、１５G 、１５B 中に回折
可能な成分光３R 、３G 、３B が必ず存在することにな
るので、ＲＧＢ色毎に角度分離された回折光４R 、
４G 、４B を効率良く生じさせ、透過型空間光変調器６
の画素Ｒ、Ｇ、Ｂに入射させて、高い照明光の利用効率
で明るいカラー画像の表示が可能になる。
【００３３】ところで、図１の実施例は、導光板１０内
でのＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれ制限され異なる角度範囲内に
散乱された指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B を得る
のに並列配置されたＲ、Ｇ、Ｂ３つの光源１２R 、１２
G 、１２B を用いるものであったが、図４のように、単
一の白色光源１２W を用い、かつ、その光源１２W から
の白色光１４W をレンズ１３W で集光させ、指向性散乱
板１１の入射側に貼り付けた回折格子１６により異なる
回折角でＲ、Ｇ、Ｂの光を回折させるようにしても同様
のものが得られる。
でのＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれ制限され異なる角度範囲内に
散乱された指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B を得る
のに並列配置されたＲ、Ｇ、Ｂ３つの光源１２R 、１２
G 、１２B を用いるものであったが、図４のように、単
一の白色光源１２W を用い、かつ、その光源１２W から
の白色光１４W をレンズ１３W で集光させ、指向性散乱
板１１の入射側に貼り付けた回折格子１６により異なる
回折角でＲ、Ｇ、Ｂの光を回折させるようにしても同様
のものが得られる。
【００３４】以上の説明では、指向性散乱板１１を経て
入射した指向性散乱光１５R 、１５ G 、１５B の導光板
１０内での繰り返し反射については考えなかった。導光
板１０の前面１０2 と後面１０3 が平行である限り、繰
り返し反射を行っても、ホログラムカラーフィルター１
に入射する指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B の角度
範囲は図３のようになり、繰り返し反射数には関係がな
い。
入射した指向性散乱光１５R 、１５ G 、１５B の導光板
１０内での繰り返し反射については考えなかった。導光
板１０の前面１０2 と後面１０3 が平行である限り、繰
り返し反射を行っても、ホログラムカラーフィルター１
に入射する指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B の角度
範囲は図３のようになり、繰り返し反射数には関係がな
い。
【００３５】しかし、その場合は、繰り返し反射を行っ
てホログラムカラーフィルター１に入射する回数が増え
る度に、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B 中の回折
条件を満足する入射角θR 、θG 、θB 近傍の成分が減
っていき、図１、図４のホログラムカラーフィルター１
の右から左に移るにつれて回折光４R 、４G 、４B の強
度が弱くなっていく。しかも、指向性散乱光１５R 、１
５G 、１５B 中の入射角θR 、θG 、θB 近傍以外の成
分は回折に利用されないまま無駄になる。
てホログラムカラーフィルター１に入射する回数が増え
る度に、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B 中の回折
条件を満足する入射角θR 、θG 、θB 近傍の成分が減
っていき、図１、図４のホログラムカラーフィルター１
の右から左に移るにつれて回折光４R 、４G 、４B の強
度が弱くなっていく。しかも、指向性散乱光１５R 、１
５G 、１５B 中の入射角θR 、θG 、θB 近傍以外の成
分は回折に利用されないまま無駄になる。
【００３６】この問題を解決するために、導光板１０の
前面１０2 と後面１０3 を平行にするのではなく、図
１、図４に示すように、光の進行方向に相互に角度δを
なして狭まるか広がるような楔状にする（図の場合は何
れも狭まっている。）。導光板１０をこのような楔状に
することによって、図５に示すように、その前面１０2
と後面１０3 で反射をする度に前面１０2 に入射する光
線の入射角は、２δだけ小さくなっていく。すなわち、
図６に示すように、導光板１０内での繰り返し反射に伴
ってホログラムカラーフィルター１に入射する回数が増
える度に、コーン状の光束１５R 、１５G 、１５B 相互
の角度関係は変わらないが、ホログラムカラーフィルタ
ー１に対する入射角は２δだけ小さくなっていく。（導
光板１０の前面１０2 と後面１０3 のなす角度δが光の
進行方向に広がる場合は、逆に入射角は２δだけ大きく
なっていく。）。したがって、上記の角度２δがコーン
状の光束１５R 、１５G 、１５B の広がり角（コーンの
頂角）より小さくなるように導光板１０の角度δが設定
されている限り、図６に示すように、繰り返し反射を繰
り返す度にコーン状の光束１５R 、１５G 、１５B に対
する回折可能な成分光３R 、３G 、３B の角度関係は変
化していく。そのため、導光板１０内で繰り返し反射を
行ってホログラムカラーフィルター１に入射する回数が
増えても、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B 中の回
折条件を満足する入射角θR 、θG 、θ B 近傍の成分は
相対的に変わり減らない。そのため、図１、図４のホロ
グラムカラーフィルター１の右から左に移っても回折光
４R 、４G 、４B の強度は略同じで、コーン状の指向性
散乱光１５R 、１５G 、１５B はほとんど有効に回折し
て画素の照明に用いられる。
前面１０2 と後面１０3 を平行にするのではなく、図
１、図４に示すように、光の進行方向に相互に角度δを
なして狭まるか広がるような楔状にする（図の場合は何
れも狭まっている。）。導光板１０をこのような楔状に
することによって、図５に示すように、その前面１０2
と後面１０3 で反射をする度に前面１０2 に入射する光
線の入射角は、２δだけ小さくなっていく。すなわち、
図６に示すように、導光板１０内での繰り返し反射に伴
ってホログラムカラーフィルター１に入射する回数が増
える度に、コーン状の光束１５R 、１５G 、１５B 相互
の角度関係は変わらないが、ホログラムカラーフィルタ
ー１に対する入射角は２δだけ小さくなっていく。（導
光板１０の前面１０2 と後面１０3 のなす角度δが光の
進行方向に広がる場合は、逆に入射角は２δだけ大きく
なっていく。）。したがって、上記の角度２δがコーン
状の光束１５R 、１５G 、１５B の広がり角（コーンの
頂角）より小さくなるように導光板１０の角度δが設定
されている限り、図６に示すように、繰り返し反射を繰
り返す度にコーン状の光束１５R 、１５G 、１５B に対
する回折可能な成分光３R 、３G 、３B の角度関係は変
化していく。そのため、導光板１０内で繰り返し反射を
行ってホログラムカラーフィルター１に入射する回数が
増えても、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B 中の回
折条件を満足する入射角θR 、θG 、θ B 近傍の成分は
相対的に変わり減らない。そのため、図１、図４のホロ
グラムカラーフィルター１の右から左に移っても回折光
４R 、４G 、４B の強度は略同じで、コーン状の指向性
散乱光１５R 、１５G 、１５B はほとんど有効に回折し
て画素の照明に用いられる。
【００３７】ブラッグの回折条件を満足する入射角
θR 、θG 、θB において、その入射角θR 、θG 、θ
B を中心にしてホログラムカラーフィルター１で有効に
回折される角度選択幅がΔθの場合に、Δθ≒２δに選
択されれば、コーン状の指向性散乱光１５R 、１５G 、
１５B は、反射を繰り返してホログラムカラーフィルタ
ー１に入射する度に角度範囲２δ分だけ順次有効に回折
されるので、最も高い利用効率で有効に用いられること
になる。
θR 、θG 、θB において、その入射角θR 、θG 、θ
B を中心にしてホログラムカラーフィルター１で有効に
回折される角度選択幅がΔθの場合に、Δθ≒２δに選
択されれば、コーン状の指向性散乱光１５R 、１５G 、
１５B は、反射を繰り返してホログラムカラーフィルタ
ー１に入射する度に角度範囲２δ分だけ順次有効に回折
されるので、最も高い利用効率で有効に用いられること
になる。
【００３８】以上の説明から、指向性散乱板１１による
指向性散乱光１５R 、１５G 、１５ B の導光板１０内で
の散乱角度範囲は、ホログラムカラーフィルター１で有
効に回折される角度選択幅Δθに対して十分に大きく設
定されることが望ましいことが分かる。より具体的に
は、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B の中心光線の
繰り返し反射回数をｎ、散乱角度幅をΔφとするとき、
Δφ≒２δ×ｎの関係を満足することが望ましい。
指向性散乱光１５R 、１５G 、１５ B の導光板１０内で
の散乱角度範囲は、ホログラムカラーフィルター１で有
効に回折される角度選択幅Δθに対して十分に大きく設
定されることが望ましいことが分かる。より具体的に
は、指向性散乱光１５R 、１５G 、１５B の中心光線の
繰り返し反射回数をｎ、散乱角度幅をΔφとするとき、
Δφ≒２δ×ｎの関係を満足することが望ましい。
【００３９】以上、本発明の表示装置をいくつかの実施
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。また、表示装置を
図１、図４のような透過型でなく、ホログラムカラーフ
ィルター１として集光性要素ホログラム１’のアレーか
らなるものを用いて反射型に構成することもできる。そ
の場合には、反射型液晶表示素子等の反射型空間光変調
器で反射された表示光が、例えば偏光面を９０°回転さ
せてホログラムカラーフィルター１及び導光板１０を透
過するように構成すればよい。
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。また、表示装置を
図１、図４のような透過型でなく、ホログラムカラーフ
ィルター１として集光性要素ホログラム１’のアレーか
らなるものを用いて反射型に構成することもできる。そ
の場合には、反射型液晶表示素子等の反射型空間光変調
器で反射された表示光が、例えば偏光面を９０°回転さ
せてホログラムカラーフィルター１及び導光板１０を透
過するように構成すればよい。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の表示装置によると、導光板の中を導光される光が、色
毎に中心光線の角度の異なる指向性散乱光であるので、
色分離機能を有するホログラムカラーフィルターの各色
に対するブラッグの回折条件を満足する入射角近傍に各
色の照明光を集中させることができ、無駄なく高い光利
用効率で空間変調素子の原色画素に対応する色の光を集
光させることができ、照明光の利用効率を高くして明る
い表示が可能になる。
の表示装置によると、導光板の中を導光される光が、色
毎に中心光線の角度の異なる指向性散乱光であるので、
色分離機能を有するホログラムカラーフィルターの各色
に対するブラッグの回折条件を満足する入射角近傍に各
色の照明光を集中させることができ、無駄なく高い光利
用効率で空間変調素子の原色画素に対応する色の光を集
光させることができ、照明光の利用効率を高くして明る
い表示が可能になる。
【図１】本発明の１実施例の表示装置の模式的な断面図
である。
である。
【図２】指向性散乱板で散乱されて導光板内に入射した
Ｒ、Ｇ、Ｂのコーン状の角度分布の指向性散乱光を説明
するための図である。
Ｒ、Ｇ、Ｂのコーン状の角度分布の指向性散乱光を説明
するための図である。
【図３】ホログラムカラーフィルターに入射するＲ、
Ｇ、Ｂのコーン状の角度分布の指向性散乱光を説明する
ための図である。
Ｇ、Ｂのコーン状の角度分布の指向性散乱光を説明する
ための図である。
【図４】本発明の別の実施例の表示装置の模式的な断面
図である。
図である。
【図５】楔状の導光板内を繰り返し反射により導光され
る際の入射角の変化を説明するための図である。
る際の入射角の変化を説明するための図である。
【図６】ホログラムカラーフィルターに入射する回数が
増える度にコーン状の角度分布の指向性散乱光の入射角
が変化し、回折条件を満足する光の入射角が変化しない
ことを説明するための図である。
増える度にコーン状の角度分布の指向性散乱光の入射角
が変化し、回折条件を満足する光の入射角が変化しない
ことを説明するための図である。
【図７】本発明で使用するホログラムカラーフィルター
を用いた透過型画像表示装置を説明するため図である。
を用いた透過型画像表示装置を説明するため図である。
Ｅ…観察者の眼 １…ホログラムカラーフィルター １’…要素ホログラム ２…干渉縞 ３…照明光 ３G …Ｇ色の入射光（成分） ３R …Ｒ色の入射光（成分） ３B …Ｂ色の入射光（成分） ４…回折光 ４G …Ｇ色の回折光 ４R …Ｒ色の回折光 ４B …Ｂ色の回折光 ５…マイクロレンズアレー ６…透過型空間光変調器 １０…導光板 １０1 …導光板の一端面 １０2 …導光板の前面 １０3 …導光板の後面 １１…指向性散乱板 １２G …Ｇの光源 １２R …Ｒの光源 １２B …Ｂの光源 １２W …白色光源 １３R 、１３G 、１３B 、１３W …レンズ １４G …Ｇの光 １４R …Ｒの光 １４B …Ｂの光 １４W …白色光 １５G …導光板内のＧの光束（指向性散乱光） １５R …導光板内のＲの光束（指向性散乱光） １５B …導光板内のＢの光束（指向性散乱光） １６…回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｊ Ｆターム(参考） 2H048 BA01 BB02 BB10 BB42 2H049 AA26 AA50 AA60 AA65 CA01 CA05 CA08 CA15 CA22 2H091 FA02Y FA19Y FA23Z FA26X FA41Z 5G435 AA03 BB12 BB15 CC12 FF02 FF07 FF12 GG12
Claims (11)
- 【請求項１】 画素がアレー状に配置された空間変調素
子と、その空間変調素子に並列して配置された導光板
と、その導光板の前記空間変調素子に対向する面上に設
けられて、前記導光板を伝送する特定の波長で特定の入
射角を持つ光を特定の角度方向に集光して回折させる干
渉縞であって、赤色光を前記空間変調素子の赤色画素上
に集光して回折させ、緑色光を前記空間変調素子の緑色
画素上に集光して回折させ、青色光を前記空間変調素子
の青色画素上に集光して回折させる干渉縞からなる微小
体積ホログラムのアレーとから構成された表示装置にお
いて、 前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光線の角
度の異なる指向性散乱光であることを特徴とする表示装
置。 - 【請求項２】 画素がアレー状に配置された空間変調素
子と、その空間変調素子に並列して配置された導光板
と、その導光板の前記空間変調素子に対向する面上に設
けられて、前記導光板を伝送する特定の波長で特定の入
射角を持つ光を特定の角度で回折させる一様で平行な平
面状の干渉縞からなる体積ホログラムと、その体積ホロ
グラムと前記空間変調素子の間に平行に配置され、前記
体積ホログラムから回折された赤色光を前記空間変調素
子の赤色画素上に集光し、前記体積ホログラムから回折
された緑色光を前記空間変調素子の緑色画素上に集光
し、前記体積ホログラムから回折された青色光を前記空
間変調素子の青色画素上に集光する集光素子アレーとか
ら構成された表示装置において、 前記導光板の中を導光される光が、色毎に中心光線の角
度の異なる指向性散乱光であることを特徴とする表示装
置。 - 【請求項３】 波長が長い色程、前記指向性散乱光の中
心光線の前記体積ホログラムに対する入射角が大きいこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。 - 【請求項４】 前記導光板の一端面に指向性散乱板が設
けられ、前記指向性散乱板を通して異なる方向から異な
る色の光束が入射されることを特徴とする請求項１から
３の何れか１項記載の表示装置。 - 【請求項５】 異なる色の光源が異なる位置に配置さ
れ、前記各光源から前記指向性散乱板に異なる色の光束
が入射されることを特徴とする請求項４記載の表示装
置。 - 【請求項６】 共通の白色光源が配置され、前記白色光
源からの光束を色毎に異なる角度に分光する分光素子を
介して前記指向性散乱板に入射させることを特徴とする
請求項４記載の表示装置。 - 【請求項７】 前記光源からの光束が各光源に対応した
集光手段により集光若しくは平行光化されることを特徴
とする請求項５又は６記載の表示装置。 - 【請求項８】 前記導光板が前記一端面から対向する端
面に向かって厚みが小さくなるか大きくなる楔状の導光
板からなることを特徴とする請求項１から７の何れか１
項記載の表示装置。 - 【請求項９】 前記導光板の前面と後面のなす角度をδ
とし、前記体積ホログラムの回折の角度選択幅がΔθと
するとき、Δθ≒２δを満たすことを特徴とする請求項
８記載の表示装置。 - 【請求項１０】 前記指向性散乱光の散乱角度範囲が前
記体積ホログラムの回折の角度選択幅に対して十分に大
きく設定されていることを特徴とする請求項１から９の
何れか１項記載の表示装置。 - 【請求項１１】 前記導光板の前面と後面のなす角度を
δとし、前記指向性散乱光の中心光線の前記導光板内で
の繰り返し反射回数をｎ、前記指向性散乱光の散乱角度
幅をΔφとするとき、Δφ≒２δ×ｎの関係を満足する
ことを特徴とする請求項８から１０の何れか１項記載の
表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054569A JP4793522B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054569A JP4793522B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002258260A true JP2002258260A (ja) | 2002-09-11 |
| JP4793522B2 JP4793522B2 (ja) | 2011-10-12 |
Family
ID=18914881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001054569A Expired - Fee Related JP4793522B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 表示装置 |
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| JP (1) | JP4793522B2 (ja) |
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| CN100420998C (zh) * | 2004-04-08 | 2008-09-24 | 住友化学株式会社 | 采用计算机合成全息图的光学元件、导光板、背光源及液晶显示装置 |
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-
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- 2001-02-28 JP JP2001054569A patent/JP4793522B2/ja not_active Expired - Fee Related
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