JP3022455B2 - カラー画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー画像表示装置
に係り、反射型又は透過型の液晶画像表示装置において
液晶のディスクリネイションの発生を防止すると共に、
液晶層における光変調効率を高く設定するための構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、屋外公衆用や管制業務用のディス
プレイ、またハイビジョン等の高精細映像の表示用ディ
スプレイ等のように、映像を大画面に表示するための投
射型表示装置の要望が高まっている。その投射型表示装
置には大別すると透過方式と反射方式のものがあるが、
双方の方式とも、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)パネ
ルを用いた空間光変調部が適用され、ＬＣＤパネルに読
出し光を入射させ、その入射光を映像信号に対応させて
画素単位で変調することにより投射光を得るようになっ
ている。ここに、ＬＣＤパネルは、半導体基板に薄膜ト
ランジスタ等のスイッチング素子とそのスイッチング素
子によって電位が制御される画素電極を配列形成したア
クティブマトリクス基板と、透明基板(ガラス基板等)に
被膜形成された共通電極膜と、前記のアクティブマトリ
クス基板と共通電極膜の間に封止された液晶層からな
り、共通電極膜と各画素電極の間の電位差を映像信号に
対応させて画素電極毎に変化させ、液晶の配向を制御す
ることで読出し光を変調するものである。

【０００３】透過方式と反射方式の相違は、前者がアク
ティブマトリクス基板を透明に構成してＬＣＤパネルの
透過光を投射光とするのに対し、後者がアクティブマト
リクス基板の画素電極を反射電極又は誘電体ミラー膜等
を介して液晶の配向を制御するための電極として構成
し、ＬＣＤパネルでの反射光を投射光とする点にある。
一般に、反射方式は、透過方式と比較して、液晶層にブ
ラックストライプを設ける必要がないために液晶セル部
分の開口率が大きく、また読出し光の吸収による発熱が
非常に少ないことから、発光出力が大きい読出し光を照
射しながらより明るい映像が得られる。

【０００４】ところで、従来から透過式の投射型カラー
画像表示装置では、光源からの光をダイクロイックミラ
ーによって３原色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)に分解し、各色に対応した
３枚の透過型ＬＣＤパネルとその各透過光を合成する３
色合成光学系を用いてカラー画像を得ていたが、装置が
大型化すると共に製造コストも高くなるため、ＬＣＤパ
ネルの各色に係る各透明画素電極をストライプ配列、モ
ザイク配列、又はデルタ配列とし、その配列に対応させ
て各色のフィルタ要素を配列させた単板のカラーフィル
タを設けることにより一系統でカラー投射光を得られる
ようにした装置が提案されている。しかし、その構成に
よる装置では、ＬＣＤパネルを透過してカラーフィルタ
に入射した読出し光(白色光)の内、カラーフィルタを透
過する光は３原色の内の１色のみであり、他の２色の色
成分は利用されないために光利用率が極めて低くなる。

【０００５】そこで、透過方式の投射型カラー画像表示
装置の空間光変調部に関連して、透過型ホログラムを用
いたカラーフィルタの提案がなされている(特開平6-308
332号)。先ず、特開平6-308332号に開示されている空間
光変調部の一例は図８に示され、ＬＣＤパネル51に対し
て透過型ホログラムで構成したカラーフィルタ52を対向
配置させ、カラーフィルタ52がその透過型ホログラムの
回折・分光機能によって入射した読出し光をＲ,Ｇ,Ｂの
各成分に回折・分光し、ＬＣＤパネル51の対応色に係る
透明画素電極51r,51g,51bに集光させる。ここで、カラ
ーフィルタ52の透過型ホログラムは、単位ホログラム52
pがＬＣＤパネル51側の透明画素電極51r,51g,51bの組の
配設ピッチと同一ピッチでアレイ状に作成されており、
その単位ホログラム52pがＲ,Ｇ,Ｂの各波長帯域成分を
回折角を異ならせて各透明画素電極51r,51g,51bへ集光
させるものである。従って、この空間光変調部の構成に
よれば、入射光を無駄なく利用した投射型カラー画像表
示装置が実現できることになる。

【０００６】また、本願発明者は、先の出願(特願平8-2
94453号)において、回折効率に波長依存性があり、主に
一方の偏光成分のみを回折させる偏光選択性を有し、且
つ回折させた偏光を集光させる機能を備えたホログラム
で構成したカラーフィルタを提案し、併せてそのカラー
フィルタを用いた反射方式の投射型カラー画像表示装置
の提案を行なっている。先ず、図９はそのカラー画像表
示装置の要部の構造を模式的に表した断面図である。同
図において、1はＬＣＤパネル、2は薄板ガラス層、3は
カラーフィルタ、4はガラス基板、5はカップリングプリ
ズムを示す。ここに、ＬＣＤパネル1は、ガラス基板又
はＳi基板11と、その基板11上に形成されたアクティブ
マトリクス駆動回路12と、そのアクティブマトリクス駆
動回路12によって選択的に制御駆動される画素電極13r,
13g,13bを規則的に配列せしめた画素電極層13と、誘電
体ミラー膜14と、配向膜15と、スペーサで液晶を封止し
た光変調層16と、配向膜17と、透明な共通電極膜18とを
順に積層させた構造を有している。

【０００７】次に、前記の各構成要素の内、既に説明し
たものや自明のもの以外の構成要素について説明を加え
ておく。画素電極層13の画素電極13r,13g,13bはＲ,Ｇ,
Ｂの各色に対応したものであり、それらサブ画素が一組
となって一画素を構成するものであるが、その平面的配
列態様としては一般的にストライプ配列やモザイク配列
やデルタ配列が採用される。尚、ここではストライプ配
列が採用されおり、平面的にみて同一色に係る各画素電
極13r,13g,13bが一方向(図９では紙面に垂直な方向)に
整列した態様で配列されている。

【０００８】光変調層16には、ＴＮモード、ＨＦＥモー
ド、ＦＬＣモード、ＤＳモード等の動作モードをとる液
晶を適用できるが、配向膜15,17は適用される液晶の種
類に応じて設けられるものであり、ＤＳモードをとる散
乱型液晶等を用いる場合には省略される。カップリング
プリズム5は、平板状のガラス板で構成されているが、
その一方の端面が読出し光の入射方向に対して垂直に形
成されており、その端面が読出し光の入射面となり、上
側面が投射光の出射面となる。また、図９ではカップリ
ングプリズム5とカラーフィルタ3の間にガラス基板4が
介装されているが、それらは一体的に構成されてもよ
く、何れにしてもカラーフィルタ3の表面に密着せしめ
られる。尚、図９ではガラス基板4とカップリングプリ
ズム5の厚みが薄板ガラス層2よりも薄く描かれている
が、装置の構造と光学的機能を明確にするためにそのよ
うに描いたのであり、実際の装置では一般的にガラス基
板4とカップリングプリズム5の厚みが薄板ガラス層2の
厚みより大きくなっている。

【０００９】カラーフィルタ3は、この装置における重
要な機能要素であり、予めその特徴を詳細に解説してお
く。このカラーフィルタ3は、透過型ホログラムをホロ
グラフィレンズアレイで構成したものであり、Ｒ,Ｇ,Ｂ
の３原色を含んだ入射光を各原色毎に回折・分光し、Ｌ
ＣＤパネル1の対応した画素電極13r,13g,13bの位置へ略
垂直に集光する機能を有している。即ち、光束の主光線
を画素電極13r,13g,13bに対して略垂直に入射させ、且
つそのレンズ作用によって光束を画素電極13r,13g,13b
に集束させる。尚、厳密には誘電体ミラー膜14が施され
ているためにその膜に集光させることになるが(図９で
はそのように表現されている)、誘電体ミラー膜14の膜
厚は画素電極13r,13g,13bのサイズと比較して極めて薄
いものであるため、以降、画素電極13r,13g,13bの表面
に集光させることとして説明する。

【００１０】この透過型ホログラムは、Ｒ用のホログラ
フィレンズアレイ層3rとＧ用のホログラフィレンズアレ
イ層3gとＢ用のホログラフィレンズアレイ層3rとからな
る３層構造を有している。そして、各ホログラフィレン
ズアレイ層3r,3g,3bは単位ホログラムに相当するホログ
ラフィレンズ3re,3ge,3beを平面的に配設させている
が、各層3r,3g,3bの各ホログラフィレンズ3re,3ge,3be
の光軸はそれぞれのＬＣＤパネル1側の対応した各画素
電極13r,13g,13bの略中央を通過するように位置決めさ
れており、この装置では前記のように各画素電極13r,13
g,13bがストライプ状になっているため、各ホログラフ
ィレンズ3re,3ge,3beもそれに対応した配設態様とな
る。即ち、個々のホログラフィレンズアレイ層3r,3g,3b
についてみると、そのホログラフィレンズがそれぞれの
対応色に係る画素電極の縦横のピッチと同一ピッチで配
設されているが、３層を積層させた状態で平面的にみる
と、各色に係るホログラフィレンズ3re,3ge,3beは相互
間で部分的に重複し合い、１色の画素電極のピッチに対
して３色のホログラフィレンズ3re,3ge,3beが１／３の
ピッチで配設された位置関係になっている。

【００１１】ところで、各ホログラフィレンズアレイ層
3r,3g,3bの単位ホログラムに相当するホログラフィレン
ズ3re,3ge,3beは、そのホログラムが主にそれぞれ対応
色に係る波長帯域のＳ偏光成分を回折・分光させるよう
に作成されている。そして、その特性は図１０を用いて
説明される。同図は、一例として、入射光の波長を５４
０nm、ホログラム感材に対する屈折率の変調量Δｎを
０.０３とし、読出し光と回折光のなす角度(ベンドアン
グル)に対してＳ偏光成分の回折効率が１００％となる
ようにホログラムの厚みｔを設定した条件下で、Ｐ偏光
成分の回折効率を計算によって求めたものである。この
図から明らかなように、ベンドアングルが大きいとＳ偏
光成分とＰ偏向成分の両方をほぼ１００％回折する特性
が得られ、ベンドアングルを１２０°以下にするとＰ偏
光成分の回折効率を５０％以下にすることができ、９０
°に近づけることで０％にすることができる。

【００１２】また、その回折効率の特性は入射光の波長
に対して大きな依存性を示すが、逆にその波長依存性を
利用することにより、所望の波長に対してＳ偏光成分が
１００％に近い回折効率で回折され、Ｐ偏光成分の回折
効率が極めて小さくなるような最適設計を行うこともで
きる。従って、透過型ホログラムで構成したカラーフィ
ルタを、Ｒ,Ｇ,Ｂの各色について、それぞれの波長帯域
のＳ偏光成分だけを高い回折効率で回折させると共にＰ
偏光成分の回折効率を抑制させるようなホログラフィレ
ンズアレイとして構成することができる。

【００１３】図１１から図１３は、ベンドアングルを７
５°とした場合における最適設計条件に基づいたＲ,Ｇ,
Ｂ用の各ホログラムの回折効率と入射光の波長の関係を
示す。各図において、実線はＳ偏光成分を、破線はＰ偏
光成分を示し、それぞれＲ,Ｇ,Ｂの中心波長付近でＳ偏
光成分について約１００％の回折効率が得られ、Ｐ偏光
成分の回折効率について約１８％以下に抑制されてい
る。そして、前記の図１１から図１３の特性を有したホ
ログラムで構成したカラーフィルタを図９のカラーフィ
ルタ3に用いた場合、読出し光のカラーフィルタ3に対す
る入射角θを７５°(=180−105；ベンドアングル=105
°)にすると、各色に係るホログラフィレンズ3re,3ge,3
beはＳ偏光成分のみを主に回折させ、そのＳ偏光成分を
対応色の画素電極13r,13g,13b側へ垂直に射出させるこ
とができる。

【００１４】尚、前記のカラーフィルタ3ではＲ,Ｇ,Ｂ
の分光色毎に用意した各ホログラム感材に対して回折効
率に波長依存性があるホログラフィレンズアレイ3r,3g,
3bを各分光色毎に記録し、それらを積層させた構成のも
のを用いているが、単板のホログラム感材に対して前記
と同様に回折効率に波長依存性があるホログラフィレン
ズアレイ3r,3g,3bを多重記録したものであってもよく、
その場合には各層を機械的に位置合わせする必要がな
く、計算機ホログラム等を適用できる。

【００１５】ここで、図９に戻って、光源(図示せず)か
ら放射された読出し光は入射光学系(図示せず)を介して
カップリングプリズム5の入射面に垂直に入射され、カ
ップリングプリズム5とガラス基板4を透過してカラーフ
ィルタ3へ入射角７５°で入射する。カラーフィルタ3に
入射する読出し光は、先ずＲ色用のホログラフィレンズ
アレイ層3rによって分光・回折される。そして、このア
レイ層3rの各ホログラフィレンズ3reはＲ色に係る波長
帯域の光の内のＳ偏光成分だけを主に回折させるもので
あり、読出し光に含まれている他の波長帯域の成分及び
Ｒ色に係る波長帯域におけるＰ偏光成分はそのまま透過
させる。具体的には、各ホログラフィレンズ3reは、Ｒ
色に係る波長帯域についてＳ偏光成分を１００％に近い
回折効率で回折させながら、Ｐ偏光成分の回折効率を２
０％以下に抑制した条件で回折させ、且つその回折光を
レンズ機能によってその光軸上に位置するＬＣＤパネル
1側のＲ色の画素電極13rをターゲットとした集光性光束
とする。尚、Ｒ色に係る波長帯域のＰ偏光成分も僅かに
回折光となってＳ偏光成分と同様に集束性光束となる。
従って、このアレイ層3rの各ホログラフィレンズ3re
は、Ｒ色の波長帯域に係るＳ偏光成分とその帯域の僅か
なＰ偏光成分からなる集光性光束をＧ色用のホログラフ
ィレンズアレイ層3gへ垂直に入射させ、またＲ色の波長
帯域以外の成分と回折しなかったＲ色の波長帯域のＰ偏
光成分を透過させて読出し光の進行方向のままＧ色用の
ホログラフィレンズアレイ層3gへ入射させる。

【００１６】次に、Ｇ色用のホログラフィレンズアレイ
層3gでは、その各ホログラフィレンズ3geがＧ色に係る
波長帯域の光の内のＳ偏光成分だけを主に回折させるも
のであるため、Ｒ色用のホログラフィレンズアレイ層3r
をそのまま透過した光の内のＧ色に係る波長帯域のＳ偏
光成分を１００％に近い回折効率で回折させながら、Ｐ
偏光成分の回折効率を２０％以下に抑制した条件で回折
させ、そのレンズ3geの光軸上に位置するＬＣＤパネル1
側のＧ色の画素電極13gをターゲットとした集光性光束
とする。一方、垂直に入射したＲ色の波長帯域に係るＳ
偏光成分とその帯域の僅かなＰ偏光成分からなる集束性
光束はＢ色用のホログラフィレンズアレイ層3bへそのま
ま入射させ、またＲ色用のホログラフィレンズアレイ層
3rをそのまま透過した光の内で、この層3gにおいて回折
作用の対象外となった成分(Ｒ色とＧ色の波長帯域以外
の成分，Ｒ色の波長帯域のＰ偏光成分，回折しなかった
Ｇ色の波長帯域のＰ偏光成分)もそのまま透過させて読
出し光の進行方向でＢ色用のホログラフィレンズアレイ
層3bへ入射させる。

【００１７】次に、ホログラフィレンズアレイ層3bの各
ホログラフィレンズ3beはＢ色に係る波長帯域の光の内
のＳ偏光成分だけを主に回折させるものであるため、Ｒ
色用とＧ色用の各ホログラフィレンズアレイ層3r,3gを
そのまま透過した光の内のＢ色に係る波長帯域のＳ偏光
成分を１００％に近い回折効率で回折させながら、Ｐ偏
光成分の回折効率を２０％以下に抑制した条件で回折さ
せ、そのレンズ3beの光軸上に位置するＬＣＤパネル1側
のＧ色の画素電極13bをターゲットとした集光性光束と
する。一方、垂直に入射したＲ色とＧ色に係る各集束性
光束はそのまま薄板ガラス層2へ射出させ、またＧ色用
のホログラフィレンズアレイ層3gをそのまま透過した光
の内で、前記２層3r,3gにおいて回折作用の対象外とな
った成分(Ｒ色とＧ色とＢ色の波長帯域以外の成分，Ｒ
色とＧ色の波長帯域のＰ偏光成分，回折しなかったＢ色
の波長帯域のＰ偏光成分)もそのまま透過させて読出し
光の進行方向で薄板ガラス層2へ射出させる。

【００１８】以上の結果、カラーフィルタ3からは、
Ｒ色の波長帯域のＳ偏光成分とその各帯域の僅かなＰ偏
光成分からなり、画素電極13rをターゲットとした集束
性光束、Ｇ色の波長帯域のＳ偏光成分とその各帯域の
僅かなＰ偏光成分からなり、画素電極13gをターゲット
とした集束性光束、Ｂ色の波長帯域のＳ偏光成分とそ
の各帯域の僅かなＰ偏光成分からなり、画素電極13bを
ターゲットとした集束性光束、及び各色の波長帯域以
外の成分と各色の波長帯域のＰ偏光成分からなる０次光
が射出されることになる。

【００１９】前記の〜の集光性光束は、薄板ガラス
層2を介してＬＣＤパネル1へ入射した後、共通電極膜18
と配向膜17と光変調層16と配向膜15を通じて画素電極層
13の対応した各画素電極13r,13g,13bへ集光せしめら
れ、各画素電極13r,13g,13bの表面の誘電体ミラー膜14
で反射され、発散光束となってカラーフィルタ3の対応
したホログラフィレンズ3re,3ge,3beへ再入射すること
になる。但し、各画素電極13r,13g,13bにはアクティブ
マトリクス駆動回路12で一画素の状態を決定する映像信
号に対応した制御電圧が個別に印加され、共通電極膜18
と各画素電極13r,13g,13bとの間の電位によって光変調
層の液晶が配向状態を変化させるため、前記の〜の
Ｓ偏光成分はカラーフィルタ3とＬＣＤパネル1の間を往
復する過程で前記の制御電圧に対応した変調を受けてホ
ログラフィレンズ3re,3ge,3beへ再入射することにな
る。即ち、Ｘ％の変調を受けた場合には、(１００−Ｘ)
％はＳ偏光成分のままであるが、Ｘ％がＰ偏光成分とな
ってホログラフィレンズ3re,3ge,3beへ再入射する。

【００２０】そして、その状態をＧ色の波長帯域のＳ偏
光成分について模式的に示すと図１４のようになる。ホ
ログラフィレンズ3geで回折されたＳ偏光成分は、その
レンズの光軸上にある画素電極13gの略中心に集光せし
められるが、光変調層16の液晶によって変調を受けると
その一部又は全部がＰ偏光成分に変換されてホログラフ
ィレンズ3geへ入射する。このとき、変調後の光線は前
記の光軸に関して画素電極13gへの入射光路と対称な関
係を有する光路を経てホログラフィレンズ3geに再入射
する。尚、図１４では画素電極13gに対する入射角と反
射角が大きく表現されているが、実際にはホログラフィ
レンズ3geが微小なものであるためにその角度は極めて
小さい。

【００２１】ところで、ホログラフィレンズ3geは前記
のように入射光の内のＳ偏光成分をほぼ１００％の回折
効率で、Ｐ偏光成分を約２０％程度の回折効率で回折さ
せて画素電極13gの略中心へ向かう集光光束とするもの
であった。従って、変調を受けて再入射するＰ偏光成分
の内の２０％程度は光逆進の法則に基づいてホログラフ
ィレンズ3geで回折されて入射光(読出し光)の方向へ戻
るが、その他のＰ偏光成分はホログラフィレンズ3geを
そのまま透過する。一方、変調度に応じた非変調のまま
のＳ偏光成分と、読出し光をカラーフィルタ3が回折し
たＰ偏光成分の変調光であるＳ偏光成分は、カラーフィ
ルタ3の回折特性と光逆進の法則に基づいてその殆どが
入射光(読出し光)の方向へ戻る。そして、以上の作用は
Ｒ色とＧ色についても同様である。その結果、変調によ
り得られた各色に係るＰ偏光成分はカラーフィルタ3を
そのまま透過することになり、図９に示すように、ガラ
ス基板4からカップリングプリズム5を透過してその出射
面から射出され、その出射された変調光が投射光学系
(図示せず)を介してスクリーンに投射される。。

【００２２】尚、の０次光は薄板ガラス層2の中を進
行して読出し光の入射角と同一の入射角７５°でＬＣＤ
パネル1に入射し、誘電体ミラー膜14で反射角７５°で
反射してカラーフィルタ3へ−７５°の入射角で再入射
するが、カラーフィルタ3を構成している各ホログラフ
ィレンズアレイ層3r,3g,3bの各ホログラフィレンズ3re,
3ge,3beはその入射角(−７５°)に対する回折特性を有
しておらず、再入射した０次光はカラーフィルタ3を透
過し、ガラス基板4からカップリングプリズム5を通過し
て読出し光の入射面とは反対側の端面から射出する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ホログ
ラムによる回折効率の波長依存性と偏光選択性と集光機
能を併有したカラーフィルタを用いることによって、小
型で高い光利用率が確保できる投射型カラー画像表示装
置が実現されるが、画素電極を高密度に配設して高解像
度で高輝度の表示特性を得ながら画素毎に効率よく色分
解を実行しようとすると、画素電極層の各画素間の電位
差に基づいた横方向電界が発生し、液晶にディスクリネ
イションが生じて表示画像品質の低下を招くという問題
が生じる。特に、画素電極の一般的配列方式として採用
されているストライプ配列やモザイク配列等では、何れ
も異色に係る画素電極が隣接した態様になっており、前
記の横方向電界によって純色の輝度の低下や各補色関係
のバランスの悪化等が顕著に現れる。

【００２４】具体的には、上記のような投射型カラー画
像表示装置においては、画素電極に印加される電圧に対
するコントラスト比の変化を大きくとるために液晶分子
を垂直配向させることが多く、図１５に示すように、画
素電極13r,13g,13bの配列方式がストライプ配列である
場合を例にとると、プレチルト角θによって与えられる
配向方向が、その方向の画素電極層に対する投影写像と
画素電極の配列方向とが４５°の角度をなすように設定
され、また、液晶層での偏光の変調効率が最も高く得ら
れるように、偏光はその偏光面の方向と前記の配向方向
の投影写像とが４５°の角度をなすように液晶層へ入射
されるようになっている。そして、液晶分子は画素電極
に電圧が印加されていない状態(ＯＦＦ状態)ではプレチ
ルト角θの状態にあり、電圧を印加した状態(ＯＮ状態)
ではその配向方向へ大きく倒れ、その状態変化に基づく
光学異方性によって光の偏光面を最大で９０°回転させ
る光変調機能が得られる。

【００２５】しかし、図１６(Ａ)に示すように、Ｇ色に
係る画素電極13gがＯＮ状態で、Ｒ,Ｂに係る画素電極13
r,13bがＯＦＦ状態になっている場合を仮定すると、画
素電極13gと画素電極13r,13bとの間に横方向電界が生
じ、図１６(Ｂ)に示すように画素電極13gの両側領域に
おける液晶分子が印加電圧に対応した正常な傾斜状態と
ならず、画素電極13r側では垂直方向へ立上り、逆に画
素電極13b側では必要以上に大きく倒れる傾向を呈す
る。その結果、Ｇ色のストライプ方向に偏光面を有した
偏光が画素電極13gへ入射し、その電極面で反射した光
を検光子によって検出すると、図１６(Ｃ)に示すように
画素電極13r側の領域で光強度が大きく低下しており、
Ｇ色の純色輝度が低下すると共にＲ色とＧ色の補色関係
のバランスが悪化することになる。

【００２６】そこで、本発明は、カラー画像表示装置に
おいて、隣接する画素電極の間に不可避的に生じる横方
向電界が液晶のディスクリネイションを生じさせて表示
画像の品質が低下させるという問題点を解消し、精細で
高品位な投射画像を得るための構成を提供することを目
的として創作された。

【００２７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ホログラ
ムで構成されており、入射光の一方の偏光成分を高効率
に回折すると共に複数の異なる色の偏光に分光し、且つ
分光した各色の偏光を後記液晶パネル部の反射式画素電
極層に配設された対応色の各画素電極に集光せしめるカ
ラーフィルタと、透明な共通電極層と液晶層と各色別に
配設させた画素電極を個別に駆動することが可能な反射
式画素電極層とで構成された液晶パネル部を具備した反
射型カラー画像表示装置において、前記反射式画素電極
層における同一色に係る各画素電極を一定方向に整列せ
しめると共に、前記液晶層における液晶分子の配向方向
を、その方向の前記反射式画素電極層に対する投影写像
が各色に係る画素電極の整列方向と略一致するように設
定し、且つ、前記カラーフィルタと前記液晶パネル部の
間に、前記カラーフィルタを通過した偏光をその偏光面
が前記画素電極の整列方向と略４５°の角度になるよう
に回転させて前記液晶パネル部へ入射させ、また液晶パ
ネル部で変調・反射された偏光をその偏光面を略１３５
°回転させて前記カラーフィルタへ入射させるために前
記整列方向に対して略２２．５°の角度をなす結晶光軸
を有した１/２波長板を設けたことを特徴とするカラー
画像表示装置に係る。

【００２８】この発明によると、液晶分子の配向方向の
反射式画素電極層に対する投影写像が同一色に係る画素
電極の整列方向に設定されており、異なる色に係る画素
電極相互間での横方向電圧に対して液晶分子が最も影響
を受け難い条件になっているため、横方向電圧に起因し
た液晶のディスクリネイションに基づく純色の輝度低下
や各補色関係のバランスの悪化を抑制できる。一方、１
/２波長板は、偏光の偏光面の方向と液晶の配向方向の
反射式画素電極層に対する投影写像とが略４５°の角度
をなすように偏光を液晶層へ入射させて、液晶層におけ
る偏光の変調効率を高く設定する。また、液晶パネル部
の液晶層を往復して変調された偏光の偏光面は入射時の
偏光の偏光面を略９０°回転したものになるが、１/２
波長板はその偏光面を略１３５°回転させることによ
り、カラーフィルタで回折された偏光の偏光面に対して
略９０°の角度をなす偏光面を有した偏光をカラーフィ
ルタへ入射させ、変調光をそのまま透過させる機能を有
している。

【００２９】第２の発明は、ホログラムで構成されてお
り、入射光の一方の偏光成分を高効率に回折すると共に
複数の異なる色の偏光に分光し、且つ分光した各色の偏
光を後記液晶パネル部の透明画素電極層に配設された対
応色の各画素電極に集光せしめるカラーフィルタと、透
明な共通電極層と液晶層と各色別に配設させた画素電極
を個別に駆動することが可能な透明画素電極層とで構成
された液晶パネル部を具備した透過型カラー画像表示装
置において、前記透明画素電極層における同一色に係る
各画素電極を一定方向に整列せしめると共に、前記液晶
層における液晶分子の配向方向を、その方向の前記透明
画素電極層に対する投影写像が各色に係る画素電極の整
列方向と略一致するように設定し、且つ、前記カラーフ
ィルタと前記液晶パネル部の間に、前記カラーフィルタ
を通過した偏光をその偏光面が前記画素電極の整列方向
と略４５°の角度になるように回転させるために前記整
列方向に対して略２２．５°の角度をなす方向の結晶光
軸を有した１/２波長板を設け、更に前記液晶パネル部
の出射側に前記カラーフィルタが高効率に回折した偏光
成分とは逆の偏光成分のみを透過させる検光子を設けた
ことを特徴とするカラー画像表示装置に係る。

【００３０】この発明は、第１の発明と同様のカラーフ
ィルタと１/２波長板の組み合わせを透過型カラー画像
表示装置に適用したものであり、同様の条件によって画
素電極の横方向電圧に起因した液晶のディスクリネイシ
ョンによる純色の輝度低下や各補色関係のバランスの悪
化を抑制でき、また検光子によって液晶パネル部で変調
を受けた偏光成分のみが投射光として取り出される。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカラー画像表示装
置に係る各実施形態を図１から図７を用いて詳細に説明
する。 《実施形態１》この実施形態は上記の第１の発明に対応
した反射型カラー画像表示装置に係り、図１にその装置
の模式的な要部構造断面図を示す。同図から明らかなよ
うに、その基本的構造は図９で示したものと同様であ
り、ＬＣＤパネル1、薄板ガラス層2、カラーフィルタ
3、ガラス基板4、及びカップリングプリズム5からなる
積層構造を有しているが、この実施形態ではそれらを構
成する各要素も同一であることとする。そして、前記の
各層1〜5及び各要素の具体的な内容と機能に関しては既
に従来技術の欄で詳細に説明しているため、ここではそ
れらの説明を省略する。

【００３４】この実施形態における装置の第１の特徴
は、光変調層16を構成する液晶の配向方向が、その方向
を画素電極層13へ投影した写像の方向と同一色に係る画
素電極の整列方向が一致するように設定されている点に
ある。即ち、液晶の配向方向の設定は、配向膜14,16に
対するラビング処理によって予め液晶分子にプレティル
ト角を与えておくことにより行われるが、この実施形態
ではそのプレティルト角で与えられる傾斜方向を画素電
極層13へ投影した場合の方向が図１における紙面に垂直
な方向になっており、ストライプ配列方式によるＲ,Ｇ,
Ｂの各画素電極の整列方向と一致している。また、第２
の特徴は、カラーフィルタ3と薄板ガラス層2の間に１/
２波長板6が介装されており、その１/２波長板6の結晶
光軸が前記の同一色に係る画素電極の整列方向に対して
略２２.５°の角度をなす方向に設定されている点にあ
る。ここに、１/２波長板6には複屈折性をもたせた波長
フィルム又は雲母板や水晶板等が適用される。

【００３５】ここで、図１６の場合と同様に、３×３画
素分の画素電極領域において、Ｇ色に係る画素電極13g
がＯＮ状態で、Ｒ色及びＢ色に係る画素電極13r,13bが
ＯＦＦ状態になっている場合を仮定すると、液晶は図２
に示すような配向状態になる。同図において、(Ａ)は各
画素電極13r,13g,13bの配列態様と共に液晶の配向方向
を画素電極層13へ投影した方向(白抜き矢印の方向)を示
し、(Ｂ)及び(Ｃ)はそれぞれ画素電極13gと画素電極13
r,13bでの液晶の配向状態を示す。ＯＦＦ状態にある画
素電極13r,13bの上側の液晶分子はプレティルト角のま
まで垂直方向に対して数度ほど配向方向に倒れた状態で
維持されるが、ＯＮ状態になった画素電極13gの上側の
液晶分子は印加された色画素信号に対応した電界によっ
て大きく倒れた状態になる。

【００３６】その場合、画素電極13r,13bと画素電極13g
との間には電位差によって横方向電界が生じ、図１６で
はその横方向電界によって液晶にディスクリネイション
が誘発されたのであるが、この実施形態では画素電極13
gの上側の液晶分子が前記の横方向電界の影響を殆ど受
けることなく、図２(Ａ)におけるＶ-Ｖ矢視断面に相当
する図２(Ｄ)に示すように、液晶分子は画素電極13gの
全領域にわたってＧ色に係る画素電極13gの整列方向へ
のみ大きく倒れた状態となり、液晶にディスクリネイシ
ョンが発生していない。即ち、液晶の配向方向を前記の
ように設定したことにより、その配向方向は横方向電界
の方向と垂直な関係になって液晶分子が異なる色の画素
電極間に生じる横方向電界の影響を最も受け難い条件が
確保され、ディスクリネイションの発生を有効に抑制で
きる。従って、図１６(Ｃ)の場合と同様に画素電極13g
の電極面で反射した光を検光子によって検出すると、そ
の光強度は図２(Ｅ)のようになり、純色の輝度の低下と
補色関係のバランスの悪化が防止できている。尚、液晶
分子はその配向方向に係る横方向電界に対しては敏感に
反応するため、同一色に係る隣接した画素電極がＯＮ状
態とＯＦＦ状態にある場合には、その相互間の横方向電
界によってディスクリネイションが発生することになる
が、同一色相互間で発生しているため純色の輝度と補色
関係のバランスには影響しない。

【００３７】次に、この実施形態の装置における入射時
から出射時までの偏光の状態変化をを図３を参照しなが
ら説明する。但し、同図において、太い実線の矢印方向
は偏光の偏光面の方向を、太い点線は１/２波長板6の結
晶光軸の方向を、白抜き矢印の方向は液晶の配向方向を
画素電極に投影した場合の方向を示す。先ず、カラーフ
ィルタ3は読出し光を回折・分光したＳ偏光成分を対応色
に係る画素電極に集光させるが、その偏光成分はその集
光経路で１/２波長板6と光変調層16の液晶を通過する。
この装置の場合、図３(Ａ)に示すように、カラーフィル
タ3による回折光のＳ偏光成分はその偏光面が同一色に
係る画素電極の整列方向になっている。そして、そのＳ
偏光成分は１/２波長板6を通過するが、入射時点で偏光
面が１/２波長板6の結晶光軸6aの方向に対して略２２.
５°の角度を有しているため(Ｂ)、通過した後の偏光成
分はその偏光面が略４５°回転せしめられ(Ｃ)、光変調
層16の液晶へは偏光面が同一色に係る画素電極の整列方
向と略４５°の角度をなした偏光として入射する(Ｄ)。
従って、画素電極層13へ入射した偏光成分の偏光面は液
晶の配向方向を画素電極に投影した場合の方向と略４５
°の角度をなしており、光変調層16の液晶によって最も
効率的な変調効率が得られる角度関係で入射されること
になる。

【００３８】光変調層16へ入射した偏光は、液晶層→
(画素電極での反射)→液晶層の経路を通過する過程で画
素電極に印加される電圧に応じた変調を受け(Ｄ,Ｅ)、
１/２波長板6へ再入射する(Ｆ)。そして、液晶層を往復
して変調を受けることで偏光の偏光面は９０°回転して
１/２波長板6へ入射するが(Ｅ,Ｆ)、１/２波長板6の結
晶光軸6aはその偏光面に対して略６７.５°の角度を有
しているため(Ｆ)、１/２波長板6を通過した後の偏光成
分は略１３５°回転せしめられてカラーフィルタ3へ入
射する(Ｇ,Ｆ)。

【００３９】従って、カラーフィルタ3へ入射する偏光
成分はその偏光面が読出し光を回折・分光して得られた
Ｓ偏光成分の偏光面と垂直になったＰ偏光成分となるが
(Ｇ)、カラーフィルタ3はＳ偏光成分のみを効率的に回
折させる偏光選択性を有しているため、変調されたＰ偏
光成分はカラーフィルタ3をそのまま透過する。その結
果、カラーフィルタ3を透過したＰ偏光成分を変調投射
光として用いることができ、一方、変調度に応じて非変
調のままカラーフィルタ3へ再入射する偏光成分はＳ偏
光成分のままであるため、カラーフィルタ3の前記回折
特性に基づいて読出し光の入射方向へ戻る。即ち、１/
２波長板6は、液晶の配向方向を前記のように設定して
ディスクリネイションを防止する構成において、カラー
フィルタ3が回折させたＳ偏光成分の偏光面を回転させ
て液晶層で最も効率的に変調を受けるようにし、また液
晶層で変調された偏光成分をＰ偏光成分としてカラーフ
ィルタ3を透過させる役割を果たす。

【００４０】《実施形態２》この実施形態は前記の実施
形態１の変形例に係り、装置の基本的な積層構成は図１
と同様であるが、その特徴部分に関連した模式的原理図
は図４に示される。この実施形態の特徴は、(1) 図４
(Ａ)に示すように、全体が方形の平面形状をなすカラー
フィルタ3において、各色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)に係るホログラフ
ィレンズアレイ層3r,3g,3bが前記方形形状の縦辺及び横
辺に対して略４５°の傾斜角度をもってストライプ状に
並設されている点、(2) カラーフィルタ3の構成に対応
させて、図４(Ｄ)に示すように、全体が方形の平面形状
をなす画素電極層13において、同一色に係る画素電極が
縦辺及び横辺に対して略４５°の傾斜角度で整列せしめ
られている点、(3) 光変調層16を構成する液晶の配向方
向が、その方向を画素電極層13へ投影した写像の方向と
前記(2)の画素電極の整列方向とが一致するように設定
されている点、及び(4)図１の反射型カラー画像表示装
置で用いられていた１/２波長板6と同様に１/２波長板
が適用されており、図４(Ｂ),(Ｃ),(Ｅ),(Ｆ)に示すよ
うに、その１/２波長板の結晶光軸6a'が同一色に係る画
素電極の整列方向に対して略２２.５°の角度をなすよ
うに設定されている点にある。そして、(1)のカラーフ
ィルタ3と(2)の画素電極層13に基づく画素配列による
と、擬似的なモザイク配列方式によるカラー表示が可能
になる。

【００４１】この実施形態においては、読出し光がカラ
ーフィルタ3におけるホログラフィレンズアレイ層3r,3
g,3bの並設方向に対して垂直な方向から入射され、実施
形態１の場合と同様に、各ホログラフィレンズアレイ層
3r,3g,3bのホログラフィレンズ3re,3ge,3beは読出し光
を回折・分光して各色のＳ偏光成分を画素電極層13の対
応色に係る画素電極13r,13g,13bへ集光させる。

【００４２】その場合、カラーフィルタ3で回折された
Ｓ偏光成分は１/２波長板へ入射するが、Ｓ偏光成分の
偏光面は１/２波長板の結晶光軸6a'に対して略２２.５
°の角度をなしているため(Ｂ)、１/２波長板を通過す
ることによってその偏光面が略４５°回転せしめられた
偏光となって光変調層16の液晶へ入射する(Ｃ)。従っ
て、実施形態１の場合と同様に、液晶へ入射する偏光は
液晶層において最も効率よく変調を受けることになり、
また液晶の配向方向は前記(3)の条件で設定されている
ため、異なる色に係る画素電極間に横方向電界が生じて
も液晶のディスクリネイションの発生を抑制でき、純色
の輝度の低下と補色関係のバランスの悪化が防止でき
る。

【００４３】一方、液晶層→(画素電極での反射)→液晶
層の経路で変調された偏光は偏光面を略９０°回転させ
て１/２波長板へ再入射するが(Ｄ,Ｅ)、その段階での偏
光面は１/２波長板の結晶光軸6a'に対して略６７.５°
の角度をなしており(Ｅ)、１/２波長板を通過すること
によって偏光面が１３５°回転せしめられてカラーフィ
ルタ3へ再入射することになる(Ｆ)。その結果、実施形
態１の場合と同様に、カラーフィルタ3へ再入射する変
調を受けた偏光はＰ偏光成分になっており、カラーフィ
ルタ3で回折を受けることなくそのまま透過して投射光
として用いられる。また、非変調のままカラーフィルタ
3へ再入射するＳ偏光成分はカラーフィルタ3で回折され
て読出し光の入射方向へ戻る。そして、この実施形態に
よる投射光が擬似的なモザイク配列方式によるカラー表
示態様になることは前記したとおりである。

【００４４】《実施形態３》この実施形態は、実施形態
１のカラーフィルタ3と１/２波長板6の組み合わせを透
過型カラー画像表示装置に適用したものであり、上記の
第２の発明に対応する。この実施形態に係る装置の模式
的構成は図５に示され、カラーフィルタ3と１/２波長板
6とＬＣＤパネル1'と検光子7とで構成されている。ここ
に、カラーフィルタ3と１/２波長板6の組み合わせは前
記のとおり実施形態１と同様である。ＬＣＤパネル1'
は、誘電体ミラー膜14が介装されていないこと、及び画
素電極層13'の各画素電極とアクティブマトリクス駆動
回路12'とＳi基板11'が透明な材料で構成されているこ
とを除いて、実施形態１のＬＣＤパネル1と同様の積層
構造を有し、その光変調層16の液晶の配向方向を画素電
極層13'へ投影した場合の方向が図５における紙面に垂
直な方向になっており、ストライプ配列方式によるＲ,
Ｇ,Ｂの各画素電極の整列方向と一致している点も実施
形態１の場合と同様である。検光子7は、ＬＣＤパネル
1'を透過した変調光の内のＰ偏光成分のみを透過させる
機能を有している。

【００４５】この実施形態の装置においては、カラーフ
ィルタ3で回折・分光された各色のＳ偏光成分は画素電極
層13'の対応色に係る画素電極に集光せしめられるが、
その集光過程で１/２波長板6を通過することによって偏
光面が４５°回転せしめられ、また光変調層16の液晶で
変調を受けた偏光は更にその偏光面が９０°回転された
偏光になってＬＣＤパネル1'から検光子7側へ射出され
る。そして、１/２波長板6と光変調層16での偏光面の回
転状態は、実施形態１において図３(Ａ)〜(Ｅ)で説明し
た内容と基本的に同様であり、(Ｄ)から(Ｅ)へ移行する
変調過程で偏光が液晶層で変調された後に画素電極をそ
のまま透過して射出される点で異なっているだけであ
る。従って、１/２波長板6を通過した偏光の偏光面は液
晶層で最も効率的に変調を受ける方向に設定されてお
り、また異なる色に係る画素電極の間に生じる横方向電
界に起因して液晶にディスクリネイションが発生するこ
とも抑制できる。

【００４６】ところで、実施形態１の場合には、変調を
受けたＰ偏光成分と非変調のＳ偏光成分がカラーフィル
タ3へ再入射し、その回折特性によって非変調の偏光は
読出し光側へ戻り、変調光であるＰ偏光成分のみを透過
させることができたが、この実施形態では、ＬＣＤパネ
ル1'が透過型で構成されているため、液晶層での変調度
に応じて変調を受けた偏光成分と非変調の偏光成分がそ
のままＬＣＤパネル1'から射出される。そこで、この実
施形態では、ＬＣＤパネル1'の出射側に検光子7を設
け、変調光である偏光成分のみを通過させて投射光とし
て利用するようにしている。

【００４７】《他の応用例》 この応用例は、実施形態１のカラーフィルタと１/２波
長板の組み合わせに基づく原理をマイクロミラーデバイ
スに対して適用したカラー画像表示装置に関する。この
応用例に係る装置の模式的構造は図６に示され、実施形
態１で用いたカラーフィルタ3と１/４波長板21の組み合
わせとマイクロミラーデバイス22で構成されている。

【００４８】ここに、１/４波長板21は、カラーフィル
タ3が回折・分光したＳ偏光成分の偏光面に対して略４
５°の角度をなす方向に結晶光軸を有した態様で介装さ
れている。一方、マイクロミラーデバイス22は、半導体
基板上に微細な機構で回動自在に支承された多数のマイ
クロミラー23を配列させたミラー面を構成し、各マイク
ロミラー23に対応させて直下に設けられたメモリ素子に
よる静電界発生回路(図示せず)によって個別にマイクロ
ミラー23の回動角度を制御するものである。そして、こ
の応用例では、各色画素に係るマイクロミラー23がカラ
ーフィルタ3の各ホログラフィレンズ3re,3ge,3beの配列
態様に対応してストライプ状に配列されており、ドライ
バ24が画素信号に応じて各静電界発生回路を選択的にＯ
Ｎ／ＯＦＦ状態に切換えることにより各マイクロミラー
23の回動角度を２状態に変化させる。具体的には、図７
に示すように、静電界発生回路がＯＮ状態ではマイクロ
ミラー23が読出し光を垂直方向(投射方向)へ反射する状
態に設定され(Ａ)、逆にＯＦＦ状態では読出し光を投射
方向に対して大きく傾斜した方向へ反射する状態に設定
されるため(Ｂ)、各マイクロミラー23の回動角度を個別
に何れかの状態に制御することによって、入射光を投射
光とするか、非投射光とするかを選択できる。

【００４９】図６において、カラーフィルタ3は読出し
光を回折・分光したＳ偏光成分を対応色に係るマイクロ
ミラー23に集光させるが、その偏光は集光経路で１/４
波長板21を通過する。その場合、１/４波長板21の結晶
光軸はＳ偏光成分の偏光面に対して４５°の角度を有し
ているため、１/４波長板21を透過した光は円偏光とな
ってマイクロミラー23に集光する。そして、各ミラー面
に集光した円偏光は、画素信号に応じた各マイクロミラ
ー23の制御状態によって投射方向又は非投射方向へ反射
されて１/４波長板21へ再入射するが、１/４波長板21は
入射した円偏光をＰ偏光成分に変換してカラーフィルタ
3へ出射させる。従って、各マイクロミラー23での反射
光は全てＰ偏光成分になってカラーフィルタ3で回折さ
れることなくそのまま透過し、各マイクロミラー23の制
御状態に応じて投射方向と非投射方向に分かれて出射さ
れる。

【００５０】この応用例ではＯＮ状態のマイクロミラー
23が反射した光を投射光として利用しているため、例え
ば、図６に示す状態であれば、Ｒ色とＧ色に係るＰ偏光
成分のみが投射光となって、Ｂ色に係るＰ偏光成分は非
投射光になり、結果的に黄色領域を表現する投射光が得
られていることになるが、各マイクロミラー23によって
色の配合状態を変化させればフルカラーでの表示が可能
になることは当然である。

【００５１】マイクロミラーデバイスを利用した従来の
カラー画像表示装置では、３個のマイクロミラーデバイ
ス(Ｒ,Ｇ,Ｂに対応)を用いて各色の投射光を合成してフ
ルカラーの投射映像を実現する方法や、高密度画素の単
一マイクロミラーデバイスを用い、カラーホイールを回
転させる方式やＬＣＤによるマルチカラー・シャッター
方式によって照射ビームの色をビデオフィールド周期に
対して十分に短い周期でスイッチングすることでＲ,Ｇ,
Ｂを順次リフレッシュする方法が採用されていたが、こ
の応用例の装置によれば、極めて簡単な構成であるカラ
ーフィルタ3と１/４波長板21と単一マイクロミラーデバ
イスチップの積送構造だけでフルカラーの投射映像が得
られる。

【００５２】

【発明の効果】本発明のカラー画像表示装置は、以上の
構成を有していることにより、次のような効果を奏す
る。請求項１の発明は、偏光の選択的回折機能と分光機
能と画素変調要素への集光機能を併せて有したカラーフ
ィルタと液晶パネル部を具備した反射型カラー画像表示
装置において、液晶パネル部における異なる色画素に係
る画素電極間の横方向電界に起因した液晶のディスクリ
ネイションの発生によって純色の輝度低下や補色関係の
バランスの悪化が生じることを防止すると共に、液晶層
での変調効率を最適化することにより、高品位なカラー
画像表示を可能にする。請求項２の発明は、前記カラー
フィルタと透明な液晶パネル部を具備した透過型カラー
画像表示装置において、請求項１の発明と略同様の効果
を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー画像表示装置の実施形態１に係
る反射型カラー画像表示装置の模式的構成図である。

【図２】ストライプ配列方式に基づいた画素電極の配列
において、Ｒ色及びＢ色に係る画素電極がＯＦＦ状態
で、Ｇ色に係る画素電極がＯＮ状態である場合に、各画
素電極の配列態様と液晶の配向方向を画素電極層へ投影
した方向を示す図(Ａ)と、画素電極がＯＮ状態での液晶
の配向状態を示す図(Ｂ)と、画素電極がＯＦＦ状態での
液晶の配向状態を示す図(Ｃ)と、(Ａ)におけるＶ-Ｖ矢
視断面をとって液晶の配向状態を示す図(Ｄ)と、Ｇ色に
係る画素電極領域で検出される光強度分布を示す図(Ｅ)
である。

【図３】入射時から出射時までの偏光の状態変化を示す
図である。但し、(Ａ)はカラーフィルタを通過した後の
状態、(Ｂ),(Ｃ)は往路で１/２波長板を通過する前後の
状態、(Ｄ)はＬＣＤパネルへの入射状態、(Ｅ)はＬＣＤ
パネルからの出射状態、(Ｆ),(Ｇ)は復路で１/２波長板
を通過する前後の状態、(Ｈ)はカラーフィルタへ再入射
して透過する状態を示す。

【図４】実施形態２に係る反射型カラー画像表示装置の
特徴部分に関連した模式的原理図である。但し、(Ａ)は
カラーフィルタにおけるホログラフィレンズアレイ層の
並設態様を示し、(Ｂ),(Ｃ)は往路での偏光の偏光面と
１/２波長板の結晶光軸との関係を示し、(Ｄ)は画素電
極層における各色の画素電極層の整列態様を示し、
(Ｅ),(Ｆ)は復路での偏光の偏光面と１/２波長板の結晶
光軸との関係を示す。

【図５】実施形態３に係る透過型カラー画像表示装置の
模式的構成図である。

【図６】他の応用例に係る反射型カラー画像表示装置の
模式的構成図である。

【図７】マイクロミラーデバイスの動作原理を示す概略
図である。但し、(Ａ)はマイクロミラーがＯＮ状態の場
合、(Ｂ)はＯＦＦ状態の場合を示す。

【図８】カラーフィルタを用いた透過型カラー画像表示
装置(特開平6-308332号)の模式的構成図である。

【図９】本願発明者が特願平8-294453号において開示し
た反射型カラー画像表示装置の模式的構成図である。

【図１０】ホログラムについて、入射光の波長λ＝５４
０nｍ，屈折率の変調量Δｎ＝０.０３とし、厚みｔを変
化させてＳ偏向成分の回折効率ηsを１００％に保ちな
がら、ベンドアングルを変化させた場合のＰ偏向成分の
回折効率ηsの変化を示すグラフである。

【図１１】ベンドアングルを７５°として最適設計条件
で作成したＲ色用ホログラムについて、入射光の波長帯
域４００nｍ〜７００nｍにおけるＰ偏光成分とＳ偏光成
分の回折効率特性を示すグラフである。

【図１２】ベンドアングルを７５°として最適設計条件
で作成したＧ色用ホログラムについて、入射光の波長帯
域４００nｍ〜７００nｍにおけるＰ偏光成分とＳ偏光成
分の回折効率特性を示すグラフである。

【図１３】ベンドアングルを７５°として最適設計条件
で作成したＢ色用ホログラムについて、入射光の波長帯
域４００nｍ〜７００nｍにおけるＰ偏光成分とＳ偏光成
分の回折効率特性を示すグラフである。

【図１４】図９のカラー画像表示装置に関連して、平面
的に見てＧ色用のホログラフィレンズの中心と対応色の
画素電極の中心が一致した状態でＧ色用のホログラフィ
レンズが読出し光を回折・分光してＳ変調成分を対応色
の画素電極に集光せしめ、画素電極側で反射・変調され
てホログラフィレンズへ再入射し、変調後のＰ偏向成分
がホログラフィレンズを透過して投射光になる過程を示
す模式図である。

【図１５】従来技術における画素電極の配列態様と液晶
分子の配向方向の関係を示す図である。

【図１６】図１５で示した画素電極の配列態様と液晶分
子の配向方向の関係において、Ｒ色及びＢ色に係る画素
電極がＯＦＦ状態で、Ｇ色に係る画素電極がＯＮ状態と
なって液晶にディスクリネイションが発生した場合の場
合の各画素の表示状態を示す図(Ａ)と、(Ａ)におけるＶ
-Ｖ矢視断面をとって液晶の配向状態を示す図(Ｂ)と、
Ｇ色に係る画素電極領域で検出される光強度分布を示す
図(Ｃ)である。

【符号の説明】

1,1',51…ＬＣＤパネル、2…薄板ガラス層、3,52…カラ
ーフィルタ、3r,3g,3b…各色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)用のホログラフ
ィレンズアレイ、3re,3ge,3be…各色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)に係る
ホログラフィレンズ、4…ガラス基板、5…カップリング
プリズム、6…１/２波長板、6a,6a'…結晶光軸、7…検
光子、11,11'…ガラス基板又はＳi基板、12,12'…アク
ティブマトリクス駆動回路、13…画素電極層、13r,13g,
13b…各色(Ｒ,Ｇ,Ｂ)に係る画素電極、14…誘電体ミラ
ー膜、15,17…配向膜、16…光変調層(液晶層)、18…共
通電極膜、21…１/４波長板、22…マイクロミラーデバ
イス、23…マイクロミラー、24…ドライバ、51r,51g,51
b…透明画素電極、52p…集光単位ホログラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−189809（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−234143（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−50024（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−171110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124518（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13363 G02F 1/1335 505 G02F 1/1337

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラムで構成されており、入射光の
   一方の偏光成分を高効率に回折すると共に複数の異なる
   色の偏光に分光し、且つ分光した各色の偏光を後記液晶
   パネル部の反射式画素電極層に配設された対応色の各画
   素電極に集光せしめるカラーフィルタと、透明な共通電
   極層と液晶層と各色別に配設させた画素電極を個別に駆
   動することが可能な反射式画素電極層とで構成された液
   晶パネル部を具備した反射型カラー画像表示装置におい
   て、前記反射式画素電極層における同一色に係る各画素
   電極を一定方向に整列せしめると共に、前記液晶層にお
   ける液晶分子の配向方向を、その方向の前記反射式画素
   電極層に対する投影写像が各色に係る画素電極の整列方
   向と略一致するように設定し、且つ、前記カラーフィル
   タと前記液晶パネル部の間に、前記カラーフィルタを通
   過した偏光をその偏光面が前記画素電極の整列方向と略
   ４５°の角度になるように回転させて前記液晶パネル部
   へ入射させ、また液晶パネル部で変調・反射された偏光
   をその偏光面を略１３５°回転させて前記カラーフィル
   タへ入射させるために前記整列方向に対して略２２．５
   °の角度をなす結晶光軸を有した１/２波長板を設けた
   ことを特徴とするカラー画像表示装置。
2. 【請求項２】 ホログラムで構成されており、入射光の
   一方の偏光成分を高効率に回折すると共に複数の異なる
   色の偏光に分光し、且つ分光した各色の偏光を後記液晶
   パネル部の透明画素電極層に配設された対応色の各画素
   電極に集光せしめるカラーフィルタと、透明な共通電極
   層と液晶層と各色別に配設させた画素電極を個別に駆動
   することが可能な透明画素電極層とで構成された液晶パ
   ネル部を具備した透過型カラー画像表示装置において、
   前記透明画素電極層における同一色に係る各画素電極を
   一定方向に整列せしめると共に、前記液晶層における液
   晶分子の配向方向を、その方向の前記透明画素電極層に
   対する投影写像が各色に係る画素電極の整列方向と略一
   致するように設定し、且つ、前記カラーフィルタと前記
   液晶パネル部の間に、前記カラーフィルタを通過した偏
   光をその偏光面が前記画素電極の整列方向と略４５°の
   角度になるように回転させるために前記整列方向に対し
   て略２２．５°の角度をなす方向の結晶光軸を有した１
   /２波長板を設け、更に前記液晶パネル部の出射側に前
   記カラーフィルタが高効率に回折し た偏光成分とは逆の
   偏光成分のみを透過させる検光子を設けたことを特徴と
   するカラー画像表示装置。