JP2007333793A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラスト、かつ、高精細の高品位な映像表示を行う反射型の液晶表示デバイスの表示面を照明する照明装置の小型化、軽量化、製造コストの低廉化を図り、表示装置の小型化、軽量化、製造コストの低廉化を可能とする。
【解決手段】反射型液晶表示デバイス２の表示面３の側方位置に配置され直線偏光の照明光を出射する光源部５と、表示面３の前方に表示面３より離間して配置され光源部５から出射された照明光を回折させて表示面３に入射させるホログラム素子６とを備える。表示面３に入射され表示面３により反射された変調光は、ホログラム素子６を透過して、表示面３の前方側に出射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型液晶表示デバイスを照明する照明装置と、この照明装置及び反射型液晶表示デバイスを用いて構成されるプロジェクタ、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、または、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などの表示装置に関する。

従来、映像を表示するための種々の表示装置が提案されているが、近年においては、表示装置における表示画面の大型化への要望が高まっている。表示画面の大型化は、特に、屋外における公衆向け表示（いわゆるパブリックビュー）や、管制業務用表示、または、ハイビジョン等の高精細映像の表示を行う表示装置において要望が高い。そして、大画面の映像表示が行える表示装置として、投射型の表示装置（プロジェクタ）が提案されている。

投射型の表示装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、透過型の液晶表示デバイス（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を用いた透過方式のものと、反射型の液晶表示デバイスを用いた反射方式のものとが提案されている。これらいずれの方式の表示装置ともに、液晶表示デバイスを用いて構成され、この液晶表示デバイスを照明光により照明し、この照明光を液晶表示デバイスにより映像信号に対応させて画素単位で変調し、この液晶表示デバイスを経た変調光を結像させて、表示映像を得るようにしている。

図１１は、反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。

反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置は、図１１に示すように、照明光Ｌを発生する光源１０１を有している。光源１０１から発せられた照明光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２の反射面によって反射されて、反射型の液晶表示デバイス１０３に入射される。この液晶表示デバイス１０３は、内部に液晶が封入されて構成され、入射された照明光Ｌを映像信号に応じて偏光変調して反射する。液晶表示デバイス１０３により変調されて反射された変調光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２に戻り、反射面を透過し、投射レンズ１０４に入射される。投射レンズ１０４は、変調光Ｌをスクリーン１０５上に投射し結像させることにより、このスクリーン１０５上に映像を表示する。

液晶表示デバイス１０３は、駆動基板１０６と透明な対向電極１０７との間に液晶ＬＣを封入して構成されている。駆動基板１０６の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）１０８がマトリックス状に形成されている。この液晶表示デバイス１０３においては、各画素電極１０８が所定の画素間幅だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。

図１２は、液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。、
液晶表示デバイス１０３における１つの画素は、図１２の等価回路図に示すように、例えば、ＭＯＳトランジスタよりなるスイッチングトランジスタＴｒと、このスイッチングトランジスタＴｒのドレインＤに接続される保持容量Ｃとを有し、ドレインＤが画素電極１０８にも接続されて構成されている。また、スイッチングトランジスタＴｒは、ソースＳが映像信号が伝送される信号線１０９に接続され、ゲートＧがゲート線１１０に接続されている。

この液晶表示デバイス１０３においては、信号線１０９に映像信号を印加した状態で、ゲート線１１０によりゲートＧをオンしてこの画素を周期的に選択することにより、映像信号が保持容量Ｃに蓄積される。すると、ゲートＧをオフしても、所定時間に亘って保持容量Ｃに蓄積された電荷が画素電極１０８に供給され、この画素の液晶ＬＣが駆動されることになる。

図１３は、液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。

前述したように、液晶表示デバイス４は、図１３に示すように、駆動基板１０６と、対向電極１０７と、これらの間に封入された液晶ＬＣとを有して構成されている。駆動基板１０６は、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板１１１を有しており、この表面上にソースＳ、ドレインＤ及びゲートＧよりなるスイッチングトランジスタＴｒが形成されている。このトランジスタＴｒに隣接して保持容量Ｃが形成され、これらトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃにより、画素電極１０８を駆動する駆動回路が構成されている。

駆動基板１０６の上層部にマトリックス状に配置された複数の画素電極１０８は、隣り合う画素電極１０８同士間に僅かな隙間１１２が形成されていることにより、互いに絶縁状態となっている。この隙間１１２の幅は、画素間幅となる。

そして、画素電極１０８と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ_２よりなる絶縁層１１３を介して配線も兼ねる遮光層１１４が設けられている。この遮光層１１４は、隙間１１２を介して半導体基板１１１側へ入ってくる侵入光をできるだけ遮断するようになっている。この遮光層１１４は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金により形成される。

また、遮光層１１４と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ_２よりなる絶縁層１１５を介して配線層１１６が形成されている。この配線層１１６は、複数に分割されており、一部は信号線としてスイッチングトランジスタＴｒのソースＳに接続され、他の一部はドレインＤと保持容量Ｃとを接続するとともに、遮光層１１４を介して画素電極１０８へも接続されている。そして、画素電極１０８の上面には、配向膜１１７が形成されている。

一方、対向電極１０７は、例えば、透明なガラス板よりなる透明基板１１８の下面に形成されており、この対向電極１０７の下面にも、配向膜１１９が形成されている。そして、駆動基板１０６と対向電極１０７付きの透明基板１１８との間に図示しないスペーサを介して、液晶ＬＣが封入されることにより、液晶表示デバイス１０３が構成される。

このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、スイッチングトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃからなる駆動回路を画素電極１０８の下方（裏側）に形成することができるため、透過式の液晶表示デバイスと比較して、開口率を大きくとることができるという効果がある。開口率とは、光変調に係わる画素領域が表示領域全面に対して占める割合である。なお、この効果は、画素の大きさが小さくなるほど、顕著になる。したがって、反射型の液晶表示デバイス１０３は、透過型の液晶表示デバイスに比較して、より小さい面積で高解像度の映像表示が可能となるという利点がある。このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、投射型の表示装置（プロジェクタ）やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などに用いた場合に、極めて高精細な映像を表示することができる。

ところで、特許文献３及び特許文献４に記載されているように、携帯電話などに用いるいわゆる直視型の表示装置においては、反射型の液晶表示デバイスが使用されている場合がある。この表示装置においては、外光だけでは表示が見え難いときの補助光として、光源を備えた照明装置（フロントライトシステム）が使用されている。

この照明装置は、光源からの照明光を導光板により導入し、例えば、Ｖ溝やドット形状をした反射部により照明光を反射させて液晶表示デバイスの方向に偏向させ、液晶表示デバイスを照明するようになっている。

ただし、このような表示装置は、文字や図形などの情報表示を目的としたものであり、結像光学系を介さずに液晶表示デバイスを直接肉眼で観察するように構成されている。また、このような表示装置においては、表示映像のコントラスト比が、実使用時で数１０：１と小さく、使用している液晶表示デバイスの画素の大きさが数１００ミクロンから１ミリメートルと大きいものであり、本発明において想定されている高精細、かつ、高コントラストの高品位映像の表示を行うことはできない。

特開２０００−１９３９９４公報 特開２００３−１８５９７２公報 特許第３３９４４６０号公報 特開平１１−２０２７９９号公報

前述のような表示装置（プロジェクタやＨＭＤ）に用いる反射型の液晶表示デバイスは、いわゆるマイクロデバイスと称され、画素の大きさが１０マイクロメートル前後と極めて小さい。また、このような液晶表示デバイスは、映画鑑賞などに使用目的に堪えうるため、表示映像のコントラスト比は、実使用時において数１００：１乃至数１０００：１と極めて高いものとなっている。

ところで、前述の表示装置の光学系においては、液晶表示デバイスへの入射光と反射光とが同一の光路上を通るため、偏光ビームスプリッタによって光路を分ける必要がある。偏光ビームスプリッタは、４５°に傾斜された反射面を有して、立方体形状に構成されたものであるので、液晶表示デバイスと投射レンズとの間において、大きな体積を占有することになり、また、その重量も大きい。

そのため、このような表示装置においては、装置構成の小型化、軽量化が困難であり、また、液晶表示デバイスと投射レンズとの間の距離を偏光ビームスプリッタの大きさ分だけ離す必要があるため、投射レンズが高価なものになってしまうという問題がある。また、偏光ビームスプリッタは、これ自体が光学部品として高価なものであり、表示装置のコストアップの大きな要因となっている。

また、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）や電子ビューファインダ（ＥＶＦ）など、ルーペで拡大して見る構成、すなわち、結像レンズにより虚像を形成して映像表示を行う構成の表示装置においても、偏光ビームスプリッタを用いることが、装置構成の小型化の阻害要因及びコストアップの要因となっている。

なお、前述したように、導光板を用いた照明装置（フロントライトシステム）が提案されているが、このような照明装置を画素が極めて小さい液晶表示デバイスに適用して表示装置を構成すると、導光板の反射部が妨害になり、正常な映像表示を行うことができない。

また、このような照明装置においては、照明光が導光板内において繰り返し反射されることにより、偏光状態が変化してしまうので、高コントラスト比の映像表示を行う表示装置を構成することができない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、高コントラスト、かつ、高精細の高品位な映像表示を行う反射型の液晶表示デバイスの表示面を照明する照明装置であって、装置構成の小型化、軽量化が可能となされ、また、製造コストの低廉化が可能となされた照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、前述の照明装置を備えることにより、高コントラスト、かつ、高精細の高品位な映像表示を行うことができるとともに、装置構成の小型化、軽量化が可能となされ、また、製造コストの低廉化が可能となされた表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
本発明に係る照明装置は、反射型液晶表示デバイスの照明に用いる照明装置であって、反射型液晶表示デバイスの表示面の側方位置に配置され照明光を表示面に略平行な光として出射する光源部と、反射型液晶表示デバイスの表示面の前方にこの表示面より離間して配置され光源部から出射された照明光のうちの少なくとも一部を回折させこの回折させた照明光を表示面に対する垂直方向を中心とする所定の角度以内の角度で該表示面に入射させるホログラム素子とを備え、照明光が反射型液晶表示デバイスの表示面に入射されこの反射型液晶表示デバイスにより変調されて反射された変調光は、ホログラム素子を透過して、該表示面の前方側に出射されることを特徴とするものである。

なお、ホログラム素子により回折されなかった照明光は、全反射効果により反射され、反射型液晶表示デバイスに達することがない。

〔構成２〕
本発明に係る照明装置は、構成１を有する照明装置において、ホログラム素子は、光源部からの照明光のうちの所定の偏光方向の成分のみを回折させ、該所定の偏光方向に直交する偏光方向の入射光に対しては、回折作用を生じさせないことを特徴とするものである。

〔構成３〕
本発明に係る照明装置は、構成１、または、構成２を有する照明装置において、ホログラム素子は、光源部からの照明光を集光、または、発散させて回折させる作用を有していることを特徴とするものである。

また、本発明に係る表示装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成４〕
本発明に係る表示装置は、構成１乃至構成３のいずれか一を有する照明装置と、この照明装置により照明される反射型液晶表示デバイスと、この反射型液晶表示デバイスにより反射された変調光が入射され反射型液晶表示デバイスの表示面の実像、または、虚像を結像させる結像光学系とを備え、ホログラム素子から反射型液晶表示デバイスの表示面に対して入射される照明光の該表示面に対する垂直方向を中心とする所定の角度以内の角度は、この照明光が反射型液晶表示デバイスにより反射された後に結像光学系に入射され得る角度となっていることを特徴とするものである。

本発明に係る照明装置においては、構成１を有することにより、ホログラム素子が反射型液晶表示デバイスの表示面の前方に配置されており、このホログラム素子により回折されて表示面に入射されこの表示面により反射された変調光は、ホログラム素子を透過して表示面の前方側に出射されるので、反射型液晶表示デバイス及び結像光学系（拡大光学系）と組み合わせることにより、小型化及び軽量化が可能で、高コントラスト、高精細、かつ、高輝度の映像表示が行える表示装置を低コストにて提供することが可能である。

なお、この表示装置は、投射型の表示装置（プロジェクタ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、または、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）等、種々の方式のものとして構成することができる。

また、本発明に係る照明装置は、構成２を有することにより、ホログラム素子は、光源部からの照明光のうちの所定の偏光方向の成分のみを回折させ、該所定の偏光方向に直交する偏光方向の入射光に対しては、回折作用を生じさせないので、型液晶表示デバイスの表示面に入射されこの表示面により変調されて反射された照明光が良好に表示面の前方側に出射され、結像光学系（拡大光学系）と組み合わせることにより、小型化及び軽量化が可能で、高コントラスト、高精細、かつ、高輝度の映像表示が行える表示装置を低コストにて提供することが可能である。

本発明に係る照明装置は、構成３を有することにより、ホログラム素子は、光源部からの照明光を集光、または、発散させて回折させる作用を有しているので、反射型液晶表示デバイスの表示面の照度ムラが防止され、高コントラスト、高精細、かつ、高輝度の映像表示が行える表示装置を低コストにて提供することが可能である。

そして、本発明に係る表示装置は、構成４を有することにより、前述の照明装置を備えるので、小型化、軽量化及び製造コストの低廉化が可能であり、また、ホログラム素子から反射型液晶表示デバイスの表示面に対して入射される照明光の該表示面に対する垂直方向を中心とする所定の角度以内の角度は、この照明光が反射型液晶表示デバイスにより反射された後に結像光学系に入射され得る角度となっているので、照明光の利用効率が高く、高コントラスト、高精細、かつ、高輝度の映像表示を行うことが可能である。

すなわち、本発明は、高コントラスト、かつ、高精細の高品位な映像表示を行う反射型の液晶表示デバイスの表示面を照明する照明装置であって、装置構成の小型化、軽量化が可能となされ、また、製造コストの低廉化が可能となされた照明装置を提供することができるものである。

また、本発明は、前述の照明装置を備えることにより、高コントラスト、かつ、高精細の高品位な映像表示を行うことができるとともに、装置構成の小型化、軽量化が可能となされ、また、製造コストの低廉化が可能となされた表示装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

〔照明装置の第１の実施の形態〕
本発明に係る照明装置は、以下に述べる本発明に係る表示装置において使用される照明装置であって、反射型液晶表示デバイスの表示面を照明するものである。

図１は、本発明に係る第１の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。

本発明に係る表示装置は、図１に示すように、本発明に係る照明装置１と、この照明装置１により照明される反射型液晶表示デバイス２と、反射型液晶表示デバイス２により反射された変調光が入射され反射型液晶表示デバイス２の表示面３の実像、または、虚像を結像させる結像光学系４とを備えて構成される。

この表示装置は、結像光学系４が図示しないスクリーン上に反射型液晶表示デバイス２の表示面３の実像を結像させる場合には、投射型の表示装置（プロジェクタ）となり、結像光学系４が反射型液晶表示デバイス２の表示面３の虚像を結像させる場合には、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）や電子ビューファインダ（ＥＶＦ）等となる。

反射型液晶表示デバイス２は、前述した従来の表示装置において使用されているものと同様のものであり、駆動基板と透明な対向電極との間に液晶を封入して構成されている。駆動基板の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）がマトリックス状に形成されている。この反射型液晶表示デバイスにおいては、各画素電極が所定の画素間幅だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。

そして、この表示装置の照明装置１は、反射型液晶表示デバイス２の表示面３の照明を行うものである。この照明装置１は、反射型液晶表示デバイス２の表示面３の側方位置に配置された光源部５を有している。この光源部５は、照明光を表示面３に略平行な光として出射する。この光源部５は、光源として、レーザダイオードや、または、ＬＥＤ等を有している。光源としてレーザダイオードを使用する場合には、この光源から出射される照明光は、直線偏光となっている。また、光源としてＬＥＤを使用する場合には、光源から出射された照明光を偏光フィルタ等に通すことにより、直線偏光とする。

そして、この照明装置１は、光源部５から出射された照明光を回折させて、この照明光を反射型液晶表示デバイス２の表示面３に入射させるホログラム素子６を有している。このホログラム素子６は、反射型液晶表示デバイス２の表示面３の前方に、表示面３より離間されて配置されている。このホログラム素子６は、反射型液晶表示デバイス２の表示面３のほぼ全面に亘って配置されている。

この実施の形態において、ホログラム素子６は、図１に示すように、反射型液晶表示デバイス２の表示面３の前方にこの表示面３に平行に配置された透明な平行平面板７の後面部に形成されている。平行平面板７は、例えば、ガラスにより形成することができる。

光源部５は、ホログラム素子６に向けて、ビーム形状を最適として照明光を照射するように、光学系を含んで構成され、配置されている。光源部５からの照明光は、平行平面板７の側面部より入射され、この平行平面板７内を透過して、ホログラム素子６に向かって所定の入射角θで照射される。

光源部５から入射したほぼ平行な照明光は、ホログラム素子６によって回折され、反射型液晶表示デバイス２の表示面３に入射される。ホログラム素子６はチャーピング構造を有しているため、回折された照明光は、所定の角度内で収束発散して、表示面３に入射される。一方、ホログラム素子で回折されなかった照明光は、空気との界面で全反射され、反射型液晶表示デバイス２に到達しない。

反射型液晶表示デバイス２に入射された照明光は、反射型液晶表示デバイス２の表示面（液晶層）３において、映像信号に応じて偏光変調されて反射される。このように反射された変調光は、ホログラム素子６に戻る。このホログラム素子６は、光源部５から入射された所定の偏光方向（Ｓ偏光）の照明光を高い効率で回折させるのに対し、この偏光方向に直交する偏光方向（Ｐ偏光）の光については、ほとんど回折させずに透過させる。

したがって、反射型液晶表示デバイス２により変調されて反射された変調光は、ホログラム素子６及び平行平面板７をそのまま透過して、平行平面板７の前方側に設置された偏光板９を透過する。この偏光板９は、光源部５からの照明光と偏光方向が直交する向きの偏光のみを透過させるように設置されている。反射型液晶表示デバイス２において偏光変調されて反射され、ホログラム素子６、平行平面板７及び偏光板９を透過した変調光は、結像光学系４に入射される。結像光学系４に入射された変調光は、前述したように、実像、または、虚像として結像され、表示映像を形成する。

なお、反射型液晶表示デバイス２において変調されなかった照明光の一部が、平行平面板７を透過する可能性があるが、そのような光は、偏光板９によってカットされるため、表示映像の品質が劣化することはない。

図２は、本発明に係る第１の実施の形態における照明装置の要部の構成を示す断面図である。

ところで、この照明装置においては、前述したように、ホログラム素子６により回折された光は、図２に示すように、完全には平行光束ではなく、一定の広がり角を有している。そして、ホログラム素子６は、反射型液晶表示デバイス２の画素の大きさに対して十分に表示面３から離れているため、各画素は、ホログラム素子６からの拡散光により照明されることとなり、照明ムラが改善される。

次に、このようなレンズ効果のあるホログラム素子（ホログラムレンズ）６の作製方法について説明する。

ホログラムレンズの具体的な設計においては、回折光の出射角（θout）とグレーティングピッチ（干渉縞間隔ｄ）との関係を示す以下の基本式（式１）から、レンズパターンを求めることができる。
θout＝asin（ｍλ／ｎｄ−sin（θin））・・・（式１）

この（式１）において、θoutは、回折光の出射角、ｍは、回折次数、λは、入射光の波長、ｎは、媒質の屈折率、ｄは、グレーティングピッチ、θinは、入射光の入射角を示す。

この（式１）で決まる回折光の出射角が特定の範囲におさまるように、グレーティングピッチを可変とすること（チャーピング）により、集光や発散など、ホログラム素子６に任意の特性を与えることができる。

また、厚膜のホログラム素子は、体積ホログラムと呼ばれ、厚みと干渉縞の屈折率差Δｎとを最適化することにより、１００％に近い回折効率を得ることができる。任意のチャーピング構造を持った体積ホログラムを作製するには、計算されたパターンを有するマスタホログラムを作製し、このマスタホログラムを用いて、フォトポリマなどのホログラム感材に転写する方法が用いられる。

図３は、マスタホログラムの作製手順を示す工程図である。

マスタホログラムを作製するには、まず、図３中の（ａ）に示すように、石英やガラス等からなる透明基板２０上に、スパッタや蒸着等により、例えば、膜厚約１０００Å（約１００ｎｍ）のクロム（Ｃｒ）膜２２を形成する。このクロム膜２２の表面には、反射防止のため、酸化クロム層を形成することが好ましい。なお、クロム膜でなくとも、露光光に対して遮光材となりうる材料であれば、特に限定されない。

次に、図３中の（ｂ）に示すように、クロム膜２２上に、電子線露光用のレジスト２４をコーティングする。そして、このレジスト２４上に、電子ビーム描画装置を用いて、ホログラムレンズアレイのグレーティングパターンを描画する。描画データは、所望の集光特性を満たすように設定したパラメータから、前述した（式１）に基づいて計算されたグレーティングパターンのデータである。

そして、図３中の（ｃ）に示すように、レジスト２４を現像し、レジストパターンを得る。このレジストパターンをエッチングマスクとして、クロム膜２２をエッチングし、塩素系ガス、もしくは、エッチング液を用いて、ドライエッチング、または、ウェットエッチングを行う。

図３中の（ｄ）に示すように、残ったレジスト膜２２を剥離除去すると、クロム膜２２による光遮光部と光透過部とを有する周期的なスリットパターンをもつマスタホログラムが完成する。

図４は、マスタホログラムを用いて干渉露光法における露光を行っている状態を示す断面図である。

ホログラム素子６の作製においては、図４に示すように、支持体となる、例えば、厚み約５ｍｍのガラス基板２７上に、厚み約１μｍ乃至５μｍのフィルム状のホログラム感光材２６を貼り付けたものを用意する。このホログラム感光材２６としては、例えば、デュポン社製「オムニデックス」（商品名）を用いることができる。なお、ホログラム感光材２６の上には、感光材の表面を保護するために、ＰＶＡ膜を形成してもよい。

そして、ホログラム感光材２６上にマスタホログラム２５を載せ、さらに、このマスタホログラム２５上に入射プリズム２８を載せる。次に、入射プリズム２８及び図示しない屈折率マッチング液を介して、記録光を照射する。この記録光の光源としては、例えば、発振波長４８８ｎｍ及び発振波長５１４．５ｎｍのＡｒレーザなどを用いる。

記録光を照射すると、マスタホログラムレンズ２５を透過して直進する０次光と、マスタホログラムレンズ２５により回折された１次回折光とが干渉して、ホログラム感光材２６中に干渉縞が形成され、この干渉縞がホログラム感光材２６に転写記録される。これを干渉露光法という。

この後、紫外線露光により定着処理を行い、さらに、１００°Ｃ以上の加熱処理によって屈折率差の増感を行うことにより、高屈折率差を有する体積ホログラムが得られる。

なお、干渉露光法で用いるマスタホログラムとしては、前述したように電子線描画により作製された振幅変調ホログラムに限らず、このような振幅変調ホログラムから干渉露光法を用いて転写された体積ホログラムを用いてもよい。

図５は、ホログラム素子の特性を示すグラフである（設計入射角７２°）。

ホログラム素子６の設計例として、設計入射角を７２°とし、フォトポリマとして得られる屈折率差Δｎが０．０５の場合において、膜厚ｄは、２．４μｍである。このホログラム素子６の特性は、図５に示すように、Ｓ偏光に対するピーク回折効率は高いが、回折を生じる角度範囲が狭い。したがって、このホログラム素子６は、光源部５としてレーザ光源のような平行度の高い光線を発するものを使用する場合に適している。

図６は、ホログラム素子の特性を示すグラフである（設計入射角６０°）。

また、ホログラム素子６の別の設計例として、設計入射角を６０°とし、フォトポリマとして得られる屈折率差Δｎが０．０５の場合において、膜厚ｄは、１μｍである。このホログラム素子６の特性は、図６に示すように、Ｓ偏光に対するピーク回折効率は低いが、回折を生じる角度範囲が広い。したがって、このホログラム素子６は、表示映像の明るさをあまり必要とせず、光源部５として平行度の低い光線を発するものを使用する場合に適している。

なお、このようなホログラム素子６の特性は一例に過ぎず、入射光の入射角、ホログラム材料の屈折率差Δｎ及び膜厚ｄなどを適宜設定することにより、Ｐ偏光及びＳ偏光についての回折効率や、角度依存性などについて、目的に応じた特性のホログラム素子６を作製することができる。

〔照明装置の第２の実施の形態〕
図７は、本発明に係る第２の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。

本発明に係る照明装置は、光源部５として平行度の低い光線を発するＬＥＤなどを使用する場合には、図７に示すように、ホログラム素子６として、回折効率が悪くとも入射角依存性が小さく設計されたものを使用することが好ましい。

この場合には、光源部５より平行平面板７に側面部より入射された照明光は、ホログラム素子６に入射し、一部が回折されて、反射型液晶表示デバイス２に入射される。ホログラム素子６で回折されなかった照明光は、このホログラム素子６の表面（後面）が空気に接している場合には、全反射される。このように全反射された照明光は、平行平面板７中を進み、この平行平面板７の前面部によって再び全反射され、ホログラム素子６に入射して回折される。

このようにして、この照明装置においては、ホログラム素子６において回折されなかった照明光を再利用することにより、照明光の利用効率を向上させることができる。

〔照明装置の第３の実施の形態〕
図８は、本発明に係る第３の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。

また、本発明に係る照明装置は、図８に示すように、光源部５より平行平面板７に側面部より入射させた照明光を、平行平面板７の前面部に照射し、この前面部において全反射されるように構成することもできる。

この場合には、光源部５より平行平面板７に入射された照明光は、平行平面板７の前面部において全反射された後、ホログラム素子６に入射し、一部が回折されて、反射型液晶表示デバイス２に入射される。ホログラム素子６で回折されなかった照明光は、このホログラム素子６の表面（後面）が空気に接している場合には、全反射される。このように全反射された照明光は、平行平面板７中を進み、この平行平面板７の前面部によって再び全反射され、ホログラム素子６に入射して回折される。

このようにして、この照明装置においては、ホログラム素子６において回折されなかった照明光を再利用することにより、照明光の利用効率を向上させることができるとともに、光源部５を配置する位置の自由度を広げることができる。

〔プロジェクタの実施の形態〕
図９は、本発明に係る表示装置を投射型の表示装置（プロジェクタ）として構成した場合の構成を示す側面図である。

この表示装置をカラー表示を行う投射型の表示装置（プロジェクタ）として構成するには、図９に示すように、それぞれ３原色の一であるＲ（赤色）の照明光を発する光源部５Ｒ、Ｇ（緑色）の照明光を発する光源部５Ｇ、及びＢ（青色）の照明光を発する光源部５Ｂを有する照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを用いて、これら照明装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対応させて反射型液晶表示デバイス２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを配置する。これら光源部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとしては、例えば、３原色のレーザアレイを用いることができる。なお、各反射型液晶表示デバイス２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、対応する平行平面板７とは、密着せずに、一定の空気層を介して配置されている。

各反射型液晶表示デバイス２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを経た各色の変調光は、それぞれ平行平面板７及び偏光板９を経て、クロスダイクロイックプリズム１１に両側面及び後面の３方向から入射され、このクロスダイクロイックプリズム１１において色合成されて、前面から出射される。偏光板９は、レーザアレイから出射された直線偏光の偏光方向に直交する方向の直線偏光を透過させるように配置される。

クロスダイクロイックプリズム１１から出射された変調光は、結像光学系４である投射レンズに入射される。この投射レンズは、入射された変調光を、図示しないスクリーン上に結像させ、映像表示を行う。

この表示装置は、装置構成を小型化することが可能であり、かつ、高輝度、高コントラスト、高精細の映像表示を行うことができる。

〔電子ビューファインダの実施の形態〕
図１０は、本発明に係る表示装置を電子ビューファインダ（ＥＶＦ）として構成した場合の構成を示す側面図である。

この表示装置をカラー表示を行う電子ビューファインダ（ＥＶＦ）として構成するには、図１０に示すように、３原色（Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色））の照明光を発する光源部５を有する照明装置１を用いて、この照明装置１に対応させて反射型液晶表示デバイス２を配置する。

このような３原色の照明光を発する光源部５としては、例えば、３原色のＬＥＤが複数個交互に配列されて構成されたＬＥＤアレイを用いることができる。このＬＥＤアレイから出射された照明光は、ビーム整形用レンズを経て、偏光板１２を介して、平行平面板７に入射される。この平行平面板７と反射型液晶表示デバイス２とは、密着せずに、一定の空気層を介して配置されている。

反射型液晶表示デバイス２を経た各色の変調光は、平行平面板７及び偏光板９を経て、結像光学系４である拡大レンズに入射される。偏光板９は、照明装置の偏光板１２が透過させる直線偏光の偏光方向に直交する方向の直線偏光を透過させるように配置される。そして、拡大レンズは、入射された変調光をの虚像を形成して、映像表示を行う。

この表示装置においては、ＬＥＤアレイにおいて３原色を順次的に点滅させることにより、フィールドシーケンシャル（時分割）方式のカラー映像の表示が行える。なお、モノクローム映像を表示する場合には、光源として白色ＬＥＤを用いればよい。

なお、光源として用いるＬＥＤは、出射する光束が無偏光であり、平行度も良くないため、光利用率は高くない。しかし、電子ビューファインダのように、拡大レンズによる拡大像（虚像）を直接観察する用途であれば、十分な明るさの映像を表示することができる。

この電子ビューファインダの構成において、光源としてレーザ光源を用いてフィールドシーケンシャル（時分割）動作を行い、結像光学系４として投射レンズを使用すれば、プロジェクタとしても使用することができる。

本発明に係る第１の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における照明装置の要部の構成を示す断面図である。 本発明に係る照明装置のホログラム素子の作製に用いるマスタホログラムの作製手順を示す工程図である。 本発明に係る照明装置のホログラム素子の作製のためにマスタホログラムを用いて干渉露光法における露光を行っている状態を示す断面図である。 本発明に係る照明装置のホログラム素子の特性を示すグラフである（設計入射角７２°）。 本発明に係る照明装置のホログラム素子の特性を示すグラフである（設計入射角６０°）。 本発明に係る第２の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る第３の実施の形態における照明装置を備えた表示装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る表示装置を投射型の表示装置（プロジェクタ）として構成した場合の構成を示す側面図である。 本発明に係る表示装置を電子ビューファインダ（ＥＶＦ）として構成した場合の構成を示す側面図である。 反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。 液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。、 液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 照明装置
１Ｒ （Ｒ用）照明装置
１Ｇ （Ｇ用）照明装置
１Ｂ （Ｂ用）照明装置
２ 反射型液晶表示デバイス
２Ｒ （Ｒ用）反射型液晶表示デバイス
２Ｇ （Ｇ用）反射型液晶表示デバイス
２Ｂ （Ｂ用）反射型液晶表示デバイス
３ 表示面
４ 結像光学系
５ 光源部
５Ｒ （Ｒ用）光源部
５Ｇ （Ｇ用）光源部
５Ｂ （Ｂ用）光源部
６ ホログラム素子
７ 平行平面板

Claims (4)

1. 反射型液晶表示デバイスの照明に用いる照明装置であって、
   前記反射型液晶表示デバイスの表示面の側方位置に配置され、照明光を前記表示面に略平行な光として出射する光源部と、
   前記反射型液晶表示デバイスの表示面の前方に、この表示面より離間して配置され、前記光源部から出射された照明光のうちの少なくとも一部を回折させ、この回折させた照明光を前記表示面に対する垂直方向を中心とする所定の角度以内の角度で該表示面に入射させるホログラム素子と
   を備え、
   前記照明光が前記反射型液晶表示デバイスの表示面に入射されこの反射型液晶表示デバイスにより変調されて反射された変調光は、前記ホログラム素子を透過して、該表示面の前方側に出射される
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記ホログラム素子は、前記光源部からの照明光のうちの所定の偏光方向の成分のみを回折させ、該所定の偏光方向に直交する偏光方向の入射光に対しては、回折作用を生じさせない
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記ホログラム素子は、前記光源部からの照明光を集光、または、発散させて回折させる作用を有している
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の照明装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の照明装置と、
   前記照明装置により照明される反射型液晶表示デバイスと、
   前記反射型液晶表示デバイスにより反射された変調光が入射され、前記反射型液晶表示デバイスの表示面の実像、または、虚像を結像させる結像光学系と
   を備え、
   前記ホログラム素子から前記反射型液晶表示デバイスの表示面に対して入射される照明光の該表示面に対する垂直方向を中心とする所定の角度以内の角度は、この照明光が前記反射型液晶表示デバイスにより反射された後に前記結像光学系に入射され得る角度となっている
   ことを特徴とする表示装置。

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