JP3356714B2 - 空間光変調素子とカラー表示装置 - 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、ホログラムレンズ
層を用いた空間光変調素子とこの空間光変調素子を用い
たカラー表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示装置では、カラーフィルタが
必須の構成要素となる。従来のカラーフィルタは、顔料
や染料を着色材として用い、光の三原色であるＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応するいずれかの波長
域のみを選択的に透過する樹脂層で形成されていた。し
かし、この従来のカラーフィルタでは、ＲＧＢに対応し
たフィルタを平面上それぞれ独立した領域に形成する必
要がある。各領域のフィルタを透過できる光は、入射す
る白色光の内、ＲＧＢいずれか一色のみであり、それ以
外の光はフィルタに吸収される。また、画素サイズが小
さくなると、各色光のフィルタは、各領域の境界部分で
一部重なりあうように形成されるので、隣接領域との境
界部には混色を避けるために通常ブラックストライプが
設けられる。よって、カラーフィルタ全体としての光透
過率が低く、原理的に光の利用効率を高くできないとと
もに、吸収された光は熱となり、表示特性の劣化要因と
なる虞がある。

【０００３】これに対し、最近、ホログラムレンズを用
いたカラーフィルタ（以下、ホログラムカラーフィルタ
という。）の使用が検討されている。このホログラムカ
ラーフィルタによれば、ホログラムの回折、分光機能に
より、一領域のホログラムカラーフィルタで、入射する
白色光をＲＧＢの三成分に回折、分光できる。このよう
なホログラムカラーフィルタの利用は、高い光利用効率
を得ることが可能であるため、特にその改善が求められ
ている投射型液晶表示装置に対し有効である。

【０００４】図１２は、本願出願人による先願の公開公
報（特開平９−１８９８０９）に開示した反射方式の投
射型カラー液晶表示装置における空間光変調素子の構造
を模式的に表した装置断面図である。この空間光変調素
子では、カラーフィルタとして、上述のホログラムカラ
ーフィルタを用いている。同図において、１１は液晶パ
ネル、１２は薄板ガラス層、１３はカラーフィルタ、１
４はガラス基板、１５はカップリングプリズムである。

【０００５】液晶パネル１１は、シリコン基板２１と、
そのシリコン基板２１上に形成されたアクティブマトリ
クス駆動回路２２と、そのアクティブマトリクス駆動回
路２２によって選択的に制御駆動される画素電極２３
ｒ、２３ｇ、２３ｂを規則的に配列せしめた画素電極層
２３と、誘電体ミラー膜２４と、配向膜２５と、スペー
サで液晶を封止した光変調層２６と、配向膜２７と、透
明な共通電極層２８とを順に積層させた構造を有してい
る。

【０００６】カラーフィルタ１３は、単位ホログラムレ
ンズを規則的に配列したいわゆるホログラムレンズアレ
イで構成されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色を含んだ読み
出し光（白色光）を各色光毎に回折、分光し、液晶パネ
ル１１内のＲ、Ｇ、Ｂに対応する画素電極２３ｒ、２３
ｇ、２３ｂの位置へ略垂直に集光する機能を有する。即
ち、光束の主光線を画素電極２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ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２３ｒ、２３ｇ、２３ｂに集束させるこ
とができる。従って、入射光を無駄なく利用した投射型
カラー液晶表示装置を提供することができる。なお、同
図に示すように、画素電極２３上に誘電体ミラー膜２４
を備える場合は、集光先は誘電体ミラー膜２４となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１３は、上述する図
１２の空間光変調素子におけるホログラムカラーフィル
タの読出し光（白色光）の色分解原理を示す図である。
同図に示すように、ホログラムカラーフィルタ１３は、
ＲＧＢの三原色光にそれぞれ対応するＲ色用ホログラム
レンズ層１３ｒ、Ｇ色用ホログラムレンズ層１３ｇ及び
Ｂ色用ホログラムレンズ層１３ｂが積層された構成を有
する。一定角度でホログラムカラーフィルタ１３に入射
する白色光は、各層で対応波長光が回折、分光される。

【０００８】例えば、まず、第１の層１３ｒでＲ光成分
が回折、分光され、次に第２の層１３ｇでＧ光成分が回
折、分光され、さらに第３の層１３ｂでＢ光成分が回
折、分光される。各層で分光、回折されたＲＧＢ各色光
は、対応する画素電極２３ｂ、２３ｇ、２３ｒ上に略集
光される。

【０００９】このように、従来のホログラムレンズを用
いた空間光変調素子では、ＲＧＢ三原色のそれぞれの色
光に対応するホログラムレンズ層を一層ずつ備える必要
がある。即ち、三層構造のホログラムレンズ層を使用し
ていた。従って、その製造工程においては、３種のホロ
グラムレンズ層をそれぞれ作製する必要があり、さらに
この三層を積層する際には、各ホログラムレンズ層で回
折、分光される光が対応画素電極上に集光されるよう
に、三層の位置を高精度にアライメントする必要があ
る。よって、プロセス上の手間がかかり、プロセスコス
トが高くなるとともに、アライメント精度の問題から、
高精細なカラー液晶表示装置を作製することは容易では
なかった。

【００１０】本発明の目的は、上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、より簡易なプロセスで製造することが
可能な空間光変調素子とこれを用いたカラー表示装置を
提供することである。

【００１１】さらに、本発明の別の目的は、上述する簡
易なプロセスを用いて製造できる空間光変調素子におい
て、良好な光利用効率と色再現性を兼ね添えるものを提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の空間光変調素子の特徴は、白色光を出射する光源と、
前記白色光を赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）
光の各色光成分に分光し、各色光ごとに異なる角度で射
出するダイクロイックミラーと、空間光変調素子とを有
するカラー表示装置であり、前記空間光変調素子が、入
射する光をその入射角度と波長帯域に応じて所定方向に
回折出射する単一のホログラムレンズ層と、前記ホログ
ラムレンズ層を介して入射する光に対応色の映像信号に
係わる光変調を与えて出射する光変調層とを有するもの
であり、前記ダイクロイックミラーを介して前記空間光
変調素子に入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光成分
が、各色光ごとに異なる入射角で前記ホログラムレンズ
層に入射されることである。

【００１３】上記請求項１の特徴によれば、前記ダイク
ロイックミラーにより、三原色に係るＲ光、Ｇ光、Ｂ光
がそれぞれ異なる入射角度で前記ホログラムレンズ層に
入射することができるとともに、前記ホログラムレンズ
層は、入射する光をその入射角度と波長帯域に応じた所
定方向に回折出射するので、単一層のホログラムレンズ
でありながら、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光に色分解でき
る。ホログラムレンズ層が単一の層で構成されるため、
従来のように三層で構成する場合に較べ、作製するホロ
グラムレンズ層が一層のみで済むとともに、積層に際す
る各層のアライメント作業が不要となり、作製工程が大
幅に簡易化される。よって、カラー表示装置全体のコス
トとして安価なものを提供できる。

【００１４】なお、上記請求項１の空間光変調素子は、
請求項２に記載するように、前記光変調層が、透明電極
が形成された透明な一方の基板と画素電極及び駆動回路
層が形成された他方の基板との間に保持されていてもよ
い。

【００１５】また、請求項２に記載する空間光変調素子
において、請求項３に記載するように、前記画素電極
が、赤色対応画素電極、緑色対応画素電極および青色対
応画素電極を規則的に繰り返し配置する平面構成を有す
るものであり、前記画素電極が、前記ホログラムレンズ
層を介して出射される回折光の波長分散と、画素電極の
対応色の並びとが、波長について同位相となるように配
置されていてもよい。

【００１６】このような画素電極の配置にすれば、ホロ
グラムレンズ層を介して回折されるＲＧＢ三原色に係る
各色光を対応色光の画素電極上に無理なく集光させるこ
とが可能となる。

【００１７】また、上述する請求項１から３に記載され
る空間光変調素子において、前記ホログラムレンズ層
が、入射する光のｓ偏光波もしくはｐ偏光波の内の一方
の偏光波の回折効率を略最大としながら他方の偏光波の
回折効率を低くするように、その回折効率が偏光成分に
対し選択性を有するものであってもよい。

【００１８】このような特性を有するホログラムレンズ
層であれば、例えば反射型光変調素子において、ホログ
ラムレンズ層でｓ偏光成分を主に回折出射して画素電極
に集光させるとともに、途中光変調層で変調され、戻っ
て来るｐ偏光成分についてはほとんど回折させずホログ
ラムレンズ層を透過させることができる。よって、高い
光利用効率と高いコントラスト比を得ることが可能であ
る。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】また、上記請求項１のカラー表示装置にお
いて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光成分が、前記ホログラ
ムレンズ層に入射するに際し、前記Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の
入射光の前記ホログラムレンズ層面法線からの倒れ角の
絶対値がＲ光＞Ｇ光＞Ｂ光の関係としてもよい。

【００２３】さらに、上述するカラー表示装置におい
て、投写レンズ系と、前記投写レンズ系を透過する光を
写す投写面とを有し、前記ホログラムレンズで回折さ
れ、前記光変調層に入射し、ここで変調を受けた後、前
記画素電極で反射され、再び前記ホログラムレンズ層に
入射する光のうち前記ホログラムレンズ層で再び回折さ
れずにそのまま透過した光を前記投写レンズ系により前
記投写面に写し出すものであってもよい。

【００２４】請求項７に記載の空間光変調素子の特徴
は、入射する光をその入射角度と波長帯域に応じて所定
方向に回折出射する単一のホログラムレンズ層と、前記
ホログラムレンズ層を介して入射する光に対応色の映像
信号に係わる光変調を与えて出射する光変調層と前記光
変調層を通過した光が到達する画素電極とを有する空間
光変調素子において、前記画素電極は、赤色対応画素電
極、緑色対応画素電極、および青色対応画素電極を規則
的に繰り返し配置せしめる平面構成を有し、前記ホログ
ラムレンズ層を介して出射される回折光の波長分散と、
前記画素電極の対応色の並びとが、波長について同位相
となるように配置されており、前記単一のホログラムレ
ンズ層は、単位ホログラムレンズを面上に規則的に配列
させたものであり、前記単位ホログラムレンズの焦点距
離をｆ、隣接する単位ホログラムレンズの中心間距離を
Ｈとするとき、前記距離Ｈは、同一色光対応の画素電極
ピッチと同一であり、該焦点距離ｆと該距離Ｈとの比ｆ
／Ｈが、１．５以上２．５以下であることである。これ
により、高い光利用効率と良好な色再現性を得ることが
できる。特に、ＲＧＢに係る色光のうちＧ光についての
ｆ／Ｈを上記範囲とすれば、確実に高い光利用効率と良
好な色再現性を得ることができる。なお、この場合の焦
点距離ｆ値は、空気中での距離に換算した値とする。

【００２５】なお、請求項８に記載するように、上記請
求項７の空間光変調素子において、前記単位ホログラム
レンズが屈折率の異なる第１の層と第２の層を面上に交
互に配列した回折格子を有し、レンズ中心表面での前記
回折格子のピッチｐを０．３８μｍ以上０．４８μｍ以
下としてもよい。こうすれば、必然的にＲ光、Ｇ光、Ｂ
光の各入射光をｓ偏光波の回折効率を略最大としながら
ｐ偏光波の回折効率を低くしうる入射条件が導かれる。
よって、反射型光変調素子として用いる場合において、
ホログラムレンズ層でｓ偏光成分を主に回折出射して画
素電極に集光させるとともに、途中光変調層で変調さ
れ、戻って来るｐ偏光成分についてはほとんど回折させ
ずホログラムレンズ層を透過させることができるため、
高い光利用効率と高いコントラスト比を得ることが可能
となる。

【００２６】また、請求項９に記載するように、上記請
求項８の空間光変調素子において、該単位ホログラムレ
ンズの面法線に対する前記回折格子の傾き角θを２５度
以上３５度以下としてもよい。この場合は、Ｒ光、Ｇ
光、Ｂ光の各入射光を略垂直に射出する条件で、上述す
るような、回折効率が偏向成分に対し選択性を有する条
件を導くことができる。

【００２７】請求項１０に記載の空間光変調素子の特徴
は、入射する光をその入射角度と波長帯域に応じて所定
方向に回折出射する単一のホログラムレンズ層と、前記
ホログラムレンズ層を介して入射する光に対応色の映像
信号に係わる光変調を与えて出射する光変調層とを有
し、前記ホログラムレンズ層は、屈折率の異なる第１の
層と第２の層とを面上に交互に配列した回折格子で形成
される体積ホログラムであり、前記屈折率が異なる第１
の層と第２の層の屈折率差が０．０４以上であり、前記
ホログラムレンズ層の厚みが４．４μｍ以下であること
である。この条件下において、高い光利用効率を得るた
めのホログラムレンズ層の最適条件を導くことができ
る。

【００２８】さらに、請求項１１に記載するように、前
記屈折率が異なる第１の層と第２の層の屈折率差を０．
０５以上０．０６以下、ホログラムレンズ層の厚みを
１．９μｍ以上３．６μｍ以下とすれば、実用的な屈折
率差を持つホログラムレンズ層で、高光利用効率を得る
ための最適なホログラムの厚み範囲であるため、より確
実に高い光利用効率を提供できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説
明する。

【００３０】図１は、本発明の実施の形態に係る反射型
の空間光変調素子を用いた投写型カラー表示装置の構成
を簡略に示す図である。

【００３１】まず、本実施の形態に係る空間光変調素子
が、図１２に示す従来の空間光変調素子と大きく異なる
点は、ホログラムレンズ層４が単一の層で構成されてい
ることである。ホログラムレンズ層４以外の構成は、従
来の空間光変調素子の構成とほぼ共通する。即ち、本実
施の形態における空間光変調素子は、図中上からガラス
基板３およびガラス基板３裏面に形成された単一の層で
あるホログラムレンズ層４と液晶パネルが積層された構
造を有する。さらに、この液晶パネルは、薄板ガラス層
５とこの裏面に形成される透明電極６、光変調層である
液晶層７と光反射面でもある画素電極８と、この画素電
極を選択的に制御駆動するアクティブマトリクス駆動回
路９等によって構成される。画素電極８とアクティブマ
トリクス駆動回路９は、シリコン基板（図示しない）上
に形成され、このシリコン基板と上述する薄板ガラス層
５とで液晶層７が保持される。なお、同図中配向膜や誘
電体膜等についても図示を省略している。

【００３２】上記構成の空間光変調素子の下、ホログラ
ムレンズ層４を介して液晶層７に入射された光は、そこ
で必要に応じた変調をかけられた後、画素電極８面で反
射され、入射方向とは逆の経路を経て空間光変調素子よ
り射出され、途中投写レンズ１０で拡大されスクリーン
（投写面）に達することとなる。

【００３３】また、本実施の形態に係るカラー表示装置
構成では、従来の装置構成において使用していなかった
ダイクロイックミラー２を新たな構成要素として追加し
ている。このダイクロイックミラー２は、光源１と空間
光変調素子との間に配置され、光源１から発せられる白
色光をＲＧＢ三原色に分光するとともに、ホログラムレ
ンズ層上のほぼ同一領域に集光させる機能を有する。

【００３４】従来のカラー表示装置においては、図５に
示すように、光源より発せられた光は、入射角の揃った
白色光線としてホログラムレンズアレイ層に入射されて
いたのに対し、本実施の形態におけるカラー表示装置に
おいては、白色光は予めダイクロイックミラー２でＲ
光、Ｇ光、Ｂ光に分光された形態でホログラムレンズ層
にそれぞれ入射される。

【００３５】図２は、本実施の形態に係る空間光変調素
子における光分解原理を示す図である。説明の便宜のた
め、ここには空間光変調素子の構成としてホログラムレ
ンズ層４と液晶層７および画素電極８のみを示してい
る。

【００３６】ダイクロイックミラー２でＲＧＢ三原色に
一旦分光された光は、ホログラムレンズ層４上の同一の
ホログラムレンズ単位領域に入射される。この時、ホロ
グラムレンズ層４に入射されるＲＧＢ三原色に係る光
は、各色光ごとに異なる入射角でホログラムレンズ層４
に入射することとなる。

【００３７】一般的なホログラムレンズの光回折特性に
より、入射角θで入射した特定波長λの光を回折角０度
で出射するように設計されたホログラムレンズでは、入
射光の入射角がθからずれると、それに伴い回折角度も
変わる。また、回折角度の変動は入射する光の波長にも
依存しており、入射角θより小さい角度で入射する特定
波長λより波長の短い光はマイナス（−）の回折角で射
出し、入射角θより大きい回折角度で入射する特定波長
λより波長の長い光はプラス（＋）の回折角で射出する
特性を示す。

【００３８】即ち、図２に示すように、特定波長の光を
Ｇ光とすれば、これより波長の短いＢ光は、マイナス
（−）の回折角で出射し、波長の長いＲ光はプラス
（＋）の回折角で出射する。よって、同図に示すよう
に、それぞれの色光成分の出射方向に対応する画素電極
を配置すれば、カラー表示に必要な画素電極ごとの色分
解が可能となる。

【００３９】ここで、ホログラムレンズ層４として、膜
厚４．３μｍ、△ｎ＝０．０４５、入射角６０度で入光
する５４５ｎｍの波長の光、即ちＧ光を回折角０度で出
射するように設計したものを用いた場合を例に採り、そ
の出射光の回折効率と入射角との関係をシミュレーショ
ンにより求めた結果を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。

【００４０】なお、△ｎとは、ホログラムレンズを構成
する高屈折率層と低屈折率層の屈折率差を意味する。

【００４１】図３（ａ）〜図３（ｃ）の各図は、横軸に
波長、縦軸に光回折効率を示している。なお、図中実線
で示される値は入射光としてｓ偏光光を用いた場合を示
し、破線で示される値は入射光としてｐ偏光光を用いた
場合を示す。

【００４２】図３（ｂ）に示すように、設計通り、入射
角６０度でホログラムレンズ層に入射された光は、Ｇ光
である５４５ｎｍの波長付近において最も高い回折効率
を示し、他の波長域の光に対する回折効率は低い。

【００４３】これに対し、図３（ａ）に示すように、同
じホログラムレンズ層に入射角５４度で入射した光で
は、Ｂ光である４５０ｎｍの波長近傍において最大の回
折効率を示し、それ以外の波長域の光に対する回折効率
は低い。なお、このとき回折されるＢ光は約−５度の回
折角方向に出射される。

【００４４】また、図３（ｃ）に示すように、同じホロ
グラムレンズ層に入射角６５度で入射した光は、Ｒ光で
ある６４０ｎｍの波長近傍に最も高い回折効率を有し、
それ以外の波長域の光に対する回折効率は低い。このと
き回折されるＲ光は約＋６度の回折角方向に出射され
る。

【００４５】従って、上述した設計値のホログラムレン
ズ層を用いた場合、ダイクロイックミラー２で分光され
るＲＧＢそれぞれの光の入射角を６５度、６０度、５４
度に設定すると、ＲＧＢそれぞれの色光を最も高い効率
で回折出射できる。

【００４６】さらに、それぞれの入射角によって定まる
出射方向の所定の位置に、対応する色光の各画素電極を
配置すれば、従来の三層構造からなるホログラムカラー
フィルタを用いた場合と同様にカラー表示に必要な色分
解特性が得られる。このとき、回折光の波長分散と対応
色の画素電極の配置とは、丁度波長において同位相とな
る関係にある。

【００４７】例えば、ホログラムレンズ単位の幅を、Ｒ
対応、Ｇ対応、Ｂ対応の３画素電極を合わせた幅と同一
とし、これを約３０μｍ程度とするとき、ホログラムレ
ンズ層中心より画素電極までの所定距離を約８０〜１０
０μｍとする。なお、この距離は、ホログラムレンズの
焦点距離に相当し、空気中の距離に換算すると約５０μ
ｍ〜７０μｍとなる。

【００４８】なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すシミ
ュレーション結果からわかるように、上述する設計のホ
ログラムレンズ層において、ＲＧＢ光を略６０度で入射
した場合、ｐ偏光光よりｓ偏光光において高い回折効率
を得ることが可能である。よって、入射光としてｓ偏光
光を利用できるように、例えば光入射側の空間光変調素
子外部にｓ偏光成分を取り出せる偏光板（ポラライザ
ー）を設置すれば、良好な光利用効率が確保できる。

【００４９】また、ホログラムレンズ層４は、ｓ偏光光
の回折効率を略最大としながら、他方のｐ偏光光の回折
効率を低くし、例えば入射角約６０度において、その回
折効率差が３０％以上になるように設計することが好ま
しい。このように回折効率が偏光成分に対して選択性を
有すれば、読み出し光中のｓ偏光成分を回折して画素電
極８上に集光させるとともに、液晶層７で変調され、戻
って来るｐ偏光成分についてはほとんど回折させずにホ
ログラムレンズ層４を透過させ、投写光として利用でき
るので、高い光利用効率と高いコントラスト比を得るこ
とが可能となる。

【００５０】以上、説明するように、本実施の形態にお
ける空間光変調素子で用いるホログラムレンズ層は単一
層であるが、予め、ダイクロイックミラー等を用いてＲ
ＧＢの各色光に分光した上、それぞれ所定の入射角でホ
ログラムレンズ層に入射させることにより、従来の三層
構造からなるホログラムカラーフィルタを使用した場合
と同様に所定の画素電極上に対応色光の光を高い利用効
率で集光させることができる。

【００５１】また、ホログラムレンズ層が単一層で済む
ため、従来三層必要であったホログラムレンズ層の作製
が一層分ですむとともに、三層のホログラムレンズ層を
積層させる際のアライメント作業も不要となる。よっ
て、大幅な作製工程の削減を図ることができる。

【００５２】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、第１の実施の形態にかかる単一のホログラムレンズ
層を有する空間光変調素子において、良好な光利用効率
と良好な色再現性を確保しうる具体的な空間光変調素子
の条件について説明する。

【００５３】図４は、第２の実施の形態に係る空間光変
調素子における光分解原理を示す図である。ここでは便
宜上液晶層等の図示を省略し、ホログラムレンズ層４と
画素電極８のみを示している。同図中、光は右上よりホ
ログラムレンズ層４に入射させており、一見、その波長
分散の位相は第１の実施の形態の場合と左右逆になって
いるが、基本的な光分解原理は図２に示すものとかわら
ない。即ち、入射光であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光はホログラ
ムレンズ層の面法線からの倒れ角の絶対値は、Ｒ光＞Ｇ
光＞Ｂ光の順となっている。画素電極は、対応色の並び
が入射光の波長分散と同位相となるように、左側から
「Ｂ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ、Ｇ、Ｒ・・・」
の順に並べている。

【００５４】図２においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を対
応画素電極上で集光できるように図示しているが、実際
には、Ｇ光が画素電極上で丁度焦点を結ぶように設計し
た場合、Ｇ光より波長の長いＲ光は、より大きく回折す
るためより短い距離で焦点を結び、Ｇ光より波長の短い
Ｂ光はＧ光より回折角が小さいためより長い距離で焦点
を結ぶことになる。この様子を図４に示している。

【００５５】図５（ａ）は、本実施の形態において使用
する単一ホログラムのレンズ中央の部分拡大図である。
図５（ｂ）は、さらにこのホログラムレンズ層４中央部
の構造を示した拡大図である。但し、ピッチの変化量を
強調して描いたものである。図５（ｂ）に示すように、
ホログラムレンズ層４は屈折率の異なる２種の樹脂層４
ａ、４ｂを交互に配して構成した回折格子からなる。

【００５６】同図に示すように、入射光の入射角をα、
回折光の回折角をβ、回折格子のレンズ表面におけるピ
ッチをｐ、回折格子の傾き角をθ、入射光の波長をλと
するとき、ここで用いられるようないわゆる体積ホログ
ラムでは、一般に以下の２式が成立する。

【００５７】 ｓｉｎα ＋ ｓｉｎβ ＝ λ／ｐ （１） θ ＝ α −（α＋β）／ ２ （２） よって、所定波長の光を所定方向に回折しようとする場
合、上述する２式を考慮してホログラムレンズの種々の
構成条件を定める必要がある。例えば、各波長の入射光
を対応色光の画素電極上に集光させようとする場合は、
上記式を満足するようなピッチｐ、回折格子の傾き角θ
を持つホログラムレンズの構成が必要となる。

【００５８】すでに、第１の実施の形態において、図３
を用いて説明したように、ＲＧＢそれぞれの光の入射角
を６５度、６０度、５４度に設定した場合において、Ｒ
ＧＢそれぞれの色光を最も高い効率で回折出射する。よ
って、図１に示すように、ダイクロイックミラーを用い
て、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各入射角を６５度、６０度、５
４度となるように色分解した光をホログラムレンズに入
射させることが好ましい。

【００５９】しかし、一般に光源として使用されるメタ
ルハライドランプは、理想的な点光源とはなりえないた
め、レンズ系を介してホログラムレンズに入射する光は
完全な平行光にはなりえず、これらの光は円錐状の広が
りを有する。この広がりはコーンアングルとよばれ、例
えば所定の入射角に対し±５度の広がりを形成する。

【００６０】このため、例えばＧ光の入射角を６０度に
設計しても実際の入射角度は５５度〜６５度の広がりが
存在する。Ｒ光、Ｂ光についても同様な入射角度の広が
りがある。その結果、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各出射光は対
応色光の画素電極上で完全に集光されず、隣接画素電極
上にも及び、色再現性に問題を生じる場合も多い。

【００６１】この色再現性は、図４において隣接しあう
単位ホログラムレンズの中心と中心とを結ぶ距離を単位
ホログラムレンズの周期Ｈ、Ｇ光の焦点距離をｆとした
場合に、焦点距離ｆと周期Ｈとの比「ｆ／Ｈ」を変化さ
せるとこれに伴い変動する。また、液晶表示装置では、
より明るい画面を求めて、高い光利用効率が望まれる
が、「ｆ／Ｈ」の値の変化は、この光利用効率にも影響
を与える。

【００６２】即ち、良好な「光利用効率」と「色再現
性」を有する空間光変調素子を得るには、上述した式
（１）、式（２）、さらに「単位ホログラムレンズの周
期Ｈ」、「Ｇ光の焦点距離ｆ」等を考慮して空間光変調
素子の構成条件を求めることが望ましい。

【００６３】そこで、第２の実施の形態においては、回
折格子のレンズ表面におけるピッチｐ、回折格子の傾き
角θ、ホログラムレンズの周期Ｈ、焦点距離ｆをパラメ
ータにとり、シミュレーションによって良好な「光利用
効率」と「色再現性」を提供しうる単一ホログラム層を
有する空間光変調素子の条件を求めた。図７の表および
図８のグラフにその結果を示す。

【００６４】なお、シミュレーションに用いたホログラ
ムレンズへの入射光の条件は、図６に示す、条件Ｉ〜条
件ＩＩＩの３つの条件を用いた。図８に示すグラフの横
軸は入射角、縦軸は正規化した入射光強度を示す。条件
Ｉは、図６（ａ）に示すように、Ｂ光の設計入射角を４
６度、Ｇ光の設計入射角を５０度、Ｒ光の入射角を５３
度、各色光のコーンアングルを±５度とする条件であ
る。条件ＩＩは、図６（ｂ）に示すように、Ｂ光の設計
入射角を５４度、Ｇ光の設計入射角を６０度、Ｒ光の入
射角を６４度とし、各色光のコーンアングルを±５度と
する条件である。さらに、条件ＩＩＩは、図６（ｃ）に
示すように、Ｂ光の設計入射角を６３度、Ｇ光の設計入
射角を７０度、Ｒ光の入射角を７６度、各色光のコーン
アングルを±５度とする条件である。

【００６５】なお、本実施の形態においては、製造工程
や構成をより簡易なものとすべく、図４に示すように、
画素ピッチと単位ホログラムレンズの周期Ｈのサイズを
合わせた構成を採用し、例えばホログラムレンズの周期
Ｈは画素ピッチサイズにあわせ３０μｍとしてシミュレ
ーションを行った。なおこのときの屈折率差△ｎは０．
０４５,ホログラムレンズ層の厚みは３．５μｍとし
た。

【００６６】また、Ｇ光については、単位ホログラムレ
ンズ中心において回折角を０度とする条件を選択した。
即ち、条件Ｉでは入射角５０度のＧ光を、条件ＩＩでは
入射角６０度のＧ光を、条件ＩＩＩでは入射角７０度の
Ｇ光をそれぞれ単位ホログラムレンズ中心で、回折角０
度で回折射出させる条件とした。

【００６７】なお、図７の表において、回折格子のピッ
チＰと回折格子の傾き角度θは、単位ホログラムレンズ
の中心における値である。また、実際の空間光変調素子
では、ホログラムレンズ層と画素電極間にはガラス層や
液晶層が備えられるが、ここで示す焦点距離「ｆ」値は
空気換算した数値である。また、「Ｅ」はシミュレーシ
ョンにより求めた光利用効率であり、△ＸＹはシミュレ
ーションより求めた「色再現性」である。なお、色再現
性については、色再現性が最も不足するＲ色光について
理想色度からのずれ量を色度座標より読みとった△ＸＹ
値を示した。なお、△ＸＹの値の横には実用的な観点よ
り色再現性を「良好○」「適当△」「不良×」の三段階
に分け、レベル表示をしている。

【００６８】図８は、図７に示すシミュレーションの結
果のうち、ホログラムレンズ焦点距離ｆとホログラムレ
ンズ周期Ｈとの比「ｆ／Ｈ」と光利用効率「Ｅ」および
色再現性「△ＸＹ」の関係をグラフ化したものである。
横軸に「ｆ／Ｈ」、縦軸に「Ｅ」および「△ＸＹ」をと
る。以下、これらのシミュレーションから得られた結果
について述べる。

【００６９】（色再現性について）図８に示すように、
色再現性△ＸＹはｆ／Ｈの値の増加に対しすり鉢状の変
化を示す。即ち色再現性の値は、ｆ／Ｈの上昇に伴い一
旦低減するがその後上昇する。色再現性は、△ＸＹの値
が低い程良好であり、△ＸＹが最小値を採るｆ／Ｈの値
は、条件Ｉの場合は約２．１、条件ＩＩの場合は約２．
２、条件ＩＩＩの場合は約１．９である。

【００７０】図８に示すように、ｆ／Ｈを１．５以上
２．５以下の範囲（図中範囲Ａ）とする場合において、
実用上問題ないと思われる０．０８以下の色再現性（△
ＸＹ）を得ることができる。さらに、好ましくはｆ／Ｈ
を１．８以上２．２以下の範囲（図中範囲Ｂ）とする場
合において、０．０６以下の良好な色再現性（△ＸＹ）
を得ることができる。

【００７１】なお、ｆ／Ｈを１．５より小さくすると、
レンズ中心とＢ色対応画素電極のなす角度に対し、入射
光であるＢ光が回折する角度が浅くなるため、Ｂ光の回
折光が隣接するＧ色対応画素電極まではみ出して、ある
いはＲ光が隣接するＧ画素にはみ出して混色が起こり易
くなることが色再現性の劣化につながっているものと予
想される。

【００７２】また、最終的に画素で変調された光を投射
レンズでスクリーン上に投射する場合に角度がつきすぎ
ると、投射レンズで拾えない光束が増え、実質的な光利
用効率も大きく劣化する。さらに、光源に用いるメタル
ハライドランプは、そもそもＧ光に高い発光強度を持つ
分光特性を有しているが、ｆ／Ｈが小さくなることによ
り回折角度が浅くなる光成分の多くはもともと光量が不
足気味のＲ光、Ｂ光である。このため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ
光の白色バランスはますます悪化する。

【００７３】一方、ｆ／Ｈが２．５より大きくなると、
レンズ中心とＧ色対応画素電極のなす角度に対し、Ｇ光
の回折角が広くなり、隣接画素電極上にＧ光がはみ出し
やすくなる。また、レンズ中心とＢ画素とのなす角度が
Ｂ光の回折角より浅くなるためＢ光の回折光が隣接する
画素電極上にまではみ出して、混色が起こり易くなるた
め色再現性が劣化する。

【００７４】（光利用効率について）光利用効率Ｅは、
ｆ／Ｈ数値を増加させるに従いリニアに上昇する。例え
ばｆ／Ｈが２．０のとき、５０％以上の高効率の光利用
効率Ｅを得ることができる。ただし、この値を越えるｆ
／Ｈでは光利用効率Ｅの上昇はやや緩慢なものとなる。

【００７５】従来の光吸収型のカラーフィルタを用いた
液晶表示装置においては、ＲＧＢ各色光ごとにフィルタ
ーが設けられるため、原理上最大でも入射光の１／３し
か使用できない。また、光の混色を防ぐために各画素の
周囲にブラックストライプを設ける場合は、さらにその
部分での入射光の吸収のため、光利用効率が低下する。
また、フィルターの透過率も各対応色光を１００％透過
できるわけではない。よって、光利用効率は最大でも３
０％に満たない。

【００７６】このような従来のカラーフィルタを用いた
場合を考慮すれば、図８に示すように、本実施の形態に
おいてはｆ／Ｈを１．３３とする場合に、約３３％の光
利用効率Ｅを得ることができ、従来のカラーフィルタに
比較すると十分に高い光利用効率を得られているといえ
る。また、さらにｆ／Ｈの値を高くすれば、より高い光
利用効率Ｅを得ることができる。

【００７７】上述したようにｆ／Ｈを１．５以上２．５
以下とする条件では、実用上問題のない色再現性が得ら
れるが、この条件下において十分に高い光利用効率Ｅを
得ることができる。

【００７８】（その他）図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す
ように、上記シミュレーションにおいては、Ｇ光の入射
角として５０度、６０度、７０度の条件を選択したが、
第１の実施の形態においても言及したように、本願発明
者等のこれまでの検討によれば、Ｇ光の入射角を５０度
以上７０度以下、好ましくは６０度とすれば、ｐ波回折
効率に対して、高いｓ波回折効率を得ることができる。
このように回折効率が偏光波の種類に対し選択性を有す
る空間光変調素子を反射型の液晶表示装置に使用する場
合において、読み出し光中のｓ偏光成分を回折して画素
電極８上に集光させるとともに、液晶層７で変調され、
戻って来るｐ偏光成分についてはほとんど回折させずに
ホログラムレンズ層４を透過させ、投写光として利用で
きるので、高い光利用効率と高いコントラスト比を得る
ことが可能となる。

【００７９】また、入射光の入射角が７０度を越える
と、ホログラムレンズに対し水平に近い角度から光源の
光が入射されることとなりホログラムレンズ表面での反
射率が増大するため、照明効率そのものが低下し、実用
上使用に適さない。

【００８０】このように高い光利用効率と高いコントラ
ストを得るには、入射光の入射角条件を一定範囲とする
ことが望ましいが、上述した関係式（１）（２）から導
かれるように、単位ホログラムレンズの回折格子のピッ
チＰや回折格子の傾き角θを一定範囲に定めることによ
り、入射角条件を規定することができる。

【００８１】例えば、ホログラムレンズの中央の回折格
子のピッチを約０．４２μｍとすれば、Ｇ光の入射角を
６０度とすることができる。また、回折格子のピッチを
約０．３８μｍとすれば、Ｇ光の入射角を７０度とする
ことができる。このように単位ホログラムレンズの回折
格子のピッチを０．３８μｍ以上０．４２μｍ以下に定
めれば、高い光利用効率と高いコントラスト比を得るこ
とができる入射光の入射条件を導くことができる。ま
た、単位ホログラムレンズ中心での各回折格子の傾き角
θを２５度以上３５度以下とすることによっても高い光
利用効率と高いコントラスト比を得ることができる入射
光の入射条件を導くことができる。

【００８２】なお、上述したシミュレーション結果は、
実際に作製した空間光変調素子においてもほぼ同様の結
果を得ることができた。

【００８３】このように、ｆ／Ｈを１．５以上２．５以
下とする条件で作製した単一ホログラム層を有する空間
光変調素子は、構成が簡易で,製造コストが安価である
ばかりでなく、良好な光利用率と色再現性を充足する。
さらに、単位ホログラムレンズの回折格子のピッチを
０．３８μｍ以上０．４２μｍ以下、あるいは、単位ホ
ログラムレンズ中心での各回折格子の傾き角θを２５度
以上３５度以下とする条件で空間光変調素子を作製すれ
ば、より高い光利用効率と高いコントラスト比を得るこ
ともできる。

【００８４】なお、本願発明者等の検討により、上述し
たようなシミュレーションから得られた結果は、実際に
作製した空間光変調素子でもほぼ一致することが確認さ
れた。

【００８５】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、第１の実施の形態にかかる単一のホログラムレンズ
層を有する空間光変調素子において、良好な光利用効率
を確保しうる具体的な条件に関する。特にここでは、ホ
ログラムレンズ層に注目し、高い光利用効率を得るため
の屈折率差△ｎと層の厚みの適切な条件について説明す
る。

【００８６】本実施の形態において使用されるホログラ
ムレンズ層は、図５（ｂ）に示すように、屈折率の異な
る２種の透明材質４ａ、４ｂを交互に配置した回折格子
からなるいわゆる体積ホログラムである。このホログラ
ムレンズ層の回折特性は、２種の透明材質の屈折率差△
ｎおよびホログラムレンズ層の厚みにも依存する。

【００８７】そこで、第１の実施の形態に係る空間光変
調素子の光利用効率が、ホログラムレンズ層の厚みと屈
折率差△ｎを変化させた場合どのような影響を受けるか
をシミュレーションし、高い光利用効率を得るための最
適なホログラムレンズ層の条件を求めた。なお、このシ
ミュレーションにおいて、空間光変調素子の構成や入射
光の条件、回折格子のピッチＰや回折格子の傾き角度θ
等は、第１、第２の実施の形態を参考に所定の値に固定
した。

【００８８】図９は、ホログラムレンズ層の屈折率差△
ｎをパラメータにとり、各ホログラムレンズ層における
層の厚みと光利用効率の関係を示したグラフである。

【００８９】同グラフより、光利用効率は、ホログラム
レンズ層の厚みの増大に対し山なりの変化を示し、各屈
折率差に応じてある厚みで最大値をとることがわかる。
なお、グラフ中の光利用効率の値は、屈折率差△ｎが
０．０６の場合における最大光利用効率を１に正規化し
たものである。

【００９０】一般に体積ホログラムレンズ層の厚みの増
加に従い、回折効率の値は波うちの変化を示すことが予
想されるため、光利用効率もこれに伴い、さらに層の厚
みを増せば、再び上昇することが考えられる。しかし、
ホログラムレンズ層が厚くなると、ホログラムレンズ層
の作製工程に伴う露光、加熱工程において、厚み方向に
均一なホログラムレンズ層の作製が困難になる等のプロ
セス上の問題が生じやすい。また、厚いホログラムレン
ズ層は好ましくない多次モード光の発生等により実質的
な回折効率の低下も予想される。よって、グラフ中に示
すようなホログラムレンズ層の厚み範囲で最も高い光利
用効率を示すホログラムレンズ層の厚みとすることが好
ましいと考えられる。

【００９１】また、同グラフより、屈折率差△ｎが大き
い程、高い最大光利用効率を示す傾向にあることがわか
る。例えば、屈折率差△ｎが０．０６のときの最大光利
用効率を１とすると屈折率差△ｎが０．０３５と小さい
場合の最大光利用効率は約０．８程度となる。よって、
高い光利用効率を得るためには、屈折率差△ｎが大きい
ホログラムレンズ層を用いるほど好ましいと言える。ま
た、０．０３５以上の△ｎにおいて高い光利用効率を得
るにはホログラムレンズ層の厚みを５μｍ以下にするこ
とが望ましい。

【００９２】しかし、屈折率差△ｎはホログラムレンズ
層の材料となるフォトポリマーの組成により決まり、材
料の作り易さ等の点から実質的に限界があるのでむやみ
に大きい値を求めても実現できない。例えば、屈折率差
△ｎが大きい程、光利用効率が最大値をとるホログラム
レンズ層の最適厚みは薄くなる傾向にあるが、薄過ぎる
ホログラムレンズ層は、厚み方向のフォトポリマーの色
素量が少ない等の理由によりプロセスの困難性が増して
しまう。よって、実用上使用できるホログラムレンズの
屈折率差△ｎはここに示すような０．０６またはせいぜ
い０．１以下に留まるだろう。

【００９３】このように、高い光利用効率を得るために
は屈折率差△ｎが０．０４以上で実用的な範囲のホログ
ラム材料を使用することが好ましい。また、この場合、
ホログラムレンズ層の厚みを４．４μｍ以下の条件を目
安として用いるのが望ましい。この条件下であれば、光
利用効率を最大とする最適なホログラムレンズ層の厚み
条件を見いだすことができる。

【００９４】以下、図１０（ａ）〜図１１（ｂ）は、光
利用効率とホログラムレンズ層の厚みの関係を屈折率差
△ｎの範囲をより細分化して、各屈折率差△ｎごとに示
したものである。それぞれのグラフで、最大光利用効率
を１に正規化した。

【００９５】まず、図１０（ａ）に示すように、屈折率
差△ｎが０．０４以上０．０４５未満のときは、光利用
効率が最大となるのはホログラムレンズ層の厚みを約３
〜３．５μｍとした場合である。この場合、良好な光利
用効率といえる最大光利用効率の０．９以上の効率を達
成しうるホログラムレンズ層の厚み条件は約２．４μｍ
以上４．４μｍ以下である。

【００９６】図１０（ｂ）に示すように、屈折率差△ｎ
が０．０４５以上０．５未満のときは、光利用効率が最
大となるのはホログラムレンズ層の厚みを約３．０μｍ
とした場合であり、この最大光利用効率の０．９以上の
効率を達成するにはホログラムレンズ層の厚みを約２．
２μｍ以上４．０μｍ以下とすればよいことがわかる。

【００９７】次に、図１１（ａ）に示すように、屈折率
差△ｎが０．０５以上０．０５５未満のときは、光利用
効率が最大となるのはホログラムレンズ層の厚みを約
２．８〜２．９μｍとした場合であり、この最大光利用
効率の０．９以上の効率を達成しうるホログラムレンズ
層の厚み条件は約２．０μｍ以上３．６μｍ以下であ
る。

【００９８】図１１（ｂ）に示すように、屈折率差△ｎ
が０．０５５以上０．０６未満のときは、光利用効率が
最大となるのはホログラムレンズ層の厚みが約２．５μ
ｍの場合であり、この最大光利用効率の０．９以上の効
率を達成するにはホログラムレンズ層の厚みを約１．９
μｍ以上３．４μｍ以下とすればよい。なお、屈折率差
△ｎが０．０６以上のときは、最大光利用効率の０．９
以上の効率を達成するにはホログラムレンズ層の厚みを
３．２μｍ以下とすればよい。

【００９９】以上に説明するように、使用するホログラ
ムレンズ層の屈折率差△ｎとホログラムレンズ層の厚み
の最適化を図ることにより、高い光利用効率を得ること
ができる。特に、当該ホログラムレンズ層として屈折率
差△ｎが０．０４以上の体積ホログラムを用いるとき
は、ホログラムレンズ層の厚みを４．４μｍ以下の範囲
で高い光利用効率を得る最適なホログラムレンズの厚み
条件を得ることができる。

【０１００】なお、確実に高い光利用効率を得るには、
図９のグラフからもわかるように、０．０５以上０．０
６以下の実用的な範囲における高い屈折率差△ｎを有す
るホログラムレンズ層を用いるのが好ましい。また、こ
れらのホログラムレンズ層を用いる場合は、図１１
（ａ）、図１１（ｂ）のグラフからわかるように、ホロ
グラムレンズ層の厚みを１．９μｍ以上３．６μｍ以下
とすれば、良好な光利用効率を得ることができる。

【０１０１】以上、第１〜第３の実施の形態に沿って本
発明の内容について説明したが、本発明は上述の実施の
形態に限定されるものではない。例えば、上述の空間光
変調素子では反射型を例示しているが、透過型の空間光
変調素子の場合についても応用できる。また、光源から
発せられた光をＲＧＢ三原色に分光する手段として、上
述の例ではダイクロイックミラーを使用しているが、こ
れをホログラムレンズ等で置き換えることも可能であ
る。さらに、画素電極の平面配置については、特に図示
していないが、一般に用いられているようなストライプ
型やモザイク型の種々の配列を採用することもできる。
また、画素サイズ等についてもシミュレーションで用い
たサイズに限定されるものではない。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の空間光変調素子は、入射する光
をその入射角度と波長帯域に応じて所定方向に回折出射
する単一のホログラムレンズ層と、前記ホログラムレン
ズ層を介して入射する光に対応色の映像信号に係わる光
変調を与えて出射する光変調層とを有することを特徴と
する。

【０１０３】また、本発明のカラー表示装置は、上述す
る本発明の空間光変調素子に加え、白色光を出射する光
源と、前記白色光を赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色
（Ｂ）光の各色光成分に分光する分光手段とを有してお
り、前記分光手段を介して前記空間光変調素子に入射さ
れるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光成分が、各色光ごとに異
なる入射角で前記ホログラムレンズ層に入射されること
を特徴とする。

【０１０４】上記本発明の空間光変調素子とこれを含む
カラー表示装置によれば、ホログラムレンズ層が、入射
する光をその入射角度と波長帯域に応じた所定方向に回
折出射するので、前記分光手段により、三原色に係るＲ
光、Ｇ光、Ｂ光がそれぞれ異なる入射角度で前記ホログ
ラムレンズ層に入射されることにより、単一層のホログ
ラムレンズでありながら、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光を
入射角に応じ所定方向に色分解し、従来のホログラムカ
ラーフィルタと同様の機能を発揮することが可能であ
る。ホログラムレンズ層が単一層で構成されるため、従
来のように三層で構成する場合に較べ、積層に際する各
層のアライメント作業が不要となり、作製工程が大幅に
簡易化され、プロセスコストを安価にすることが可能と
なる。よって、カラー表示装置全体のコストとしても安
価なものを提供できる。

【０１０５】さらに、当該ホログラムレンズ層が、微小
な単位ホログラムレンズを面上に連続配列したものであ
り、前記単位ホログラムレンズの焦点距離をｆ、隣接す
る単位ホログラムレンズの中心間距離をＨとするとき、
焦点距離ｆと距離Ｈとの比ｆ／Ｈを１．５以上２．５以
下とすれば、高い光利用効率と良好な色再現性を得るこ
とができる。

【０１０６】当該ホログラムレンズ層として屈折率差△
ｎが０．０４以上の体積ホログラムを用いるときは、ホ
ログラムレンズ層の厚みを４．４μｍ以下とすること
で、高い光利用効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るカラー表示装
置の構成を簡易に示した構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る空間光変調素
子における光分解原理を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るホログラムレ
ンズ層における入射光の各入射角に対する回折効率の波
長依存性を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る空間光変調素
子における光分解原理を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る単一ホログラ
ムのレンズ中央の部分拡大図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るシミュレーシ
ョンに使用する入射光の条件を示すグラフである。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係るシミュレーシ
ョン結果を示す表である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係るシミュレーシ
ョン結果を示すグラフである。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係るホログラムレ
ンズ層の厚みと光利用効率の関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る所定の屈折
率差を有するホログラムレンズ層におけるその厚みと光
利用効率の関係を示すグラフである。

【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る所定の屈折
率差を有するホログラムレンズ層におけるその厚みと光
利用効率の関係を示すグラフである。

【図１２】ホログラムカラーフィルタを備えた従来の空
間光変調素子の構成を示す装置断面図である。

【図１３】従来の空間光変調素子における光分解原理を
説明するための構成図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ダイクロイックミラー ３ ガラス基板 ４ ホログラムレンズ層 ５ 薄板ガラス層 ６ 透明電極 ７ 液晶層 ８ 画素電極 ９ アクティブマトリクス駆動電極 １０ 投写レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−329788（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−189809（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−167372（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−123299（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−104618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/13 505

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光を出射する光源と、 前記白色光を赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）
   光の各色光成分に分光し、各色光ごとに異なる角度で射
   出するダイクロイックミラーと、 空間光変調素子とを有し、 前記空間光変調素子が、 入射する光をその入射角度と波長帯域に応じて所定方向
   に回折出射する単一のホログラムレンズ層と、前記ホロ
   グラムレンズ層を介して入射する光に対応色の映像信号
   に係わる光変調を与えて出射する光変調層とを有するも
   のであり、 前記ダイクロイックミラーを介して前記空間光変調素子
   に入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光成分が、各色光
   ごとに異なる入射角で前記ホログラムレンズ層に入射さ
   れることを特徴とするカラー表示装置。
2. 【請求項２】 前記空間光変調素子に備えられた光変調
   層は、 透明電極が形成された透明な一方の基板と、画素電極及
   び駆動回路層が形成された他方の基板との間に保持され
   ていることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記空間光変調素子に備えられた前記画
   素電極が、 赤色対応画素電極、緑色対応画素電極、青色対応画素電
   極を規則的に繰り返し配置せしめた平面構成を有するも
   のであり、 前記画素電極が、前記ホログラムレンズ層を介して出射
   される回折光の波長分散と、前記画素電極の対応色の並
   びとが、波長について同位相となるように配置されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載のカラー表示装置。
4. 【請求項４】 Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光成分が、前記
   ホログラムレンズ層に入射するに際し、 前記Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の入射光の前記ホログラムレンズ
   層面法線からの倒れ角の絶対値がＲ光＞Ｇ光＞Ｂ光の関
   係であることを特徴とする請求項３に記載のカラー表示
   装置。
5. 【請求項５】 前記空間光変調素子に備えられた前記ホ
   ログラムレンズ層が、 入射する光のｓ偏光波もしくはｐ偏光波の内の一方の偏
   光波の回折効率を略最大としながら他方の偏光波の回折
   効率を低くするように、その回折効率が偏光成分に対し
   選択性を有することを特徴とする請求項１から４のいず
   れか１に記載のカラー表示装置。
6. 【請求項６】 さらに、投写レンズ系と、 前記投写レンズ系を透過する光を写す投写面とを有し、 前記ホログラムレンズで回折され、前記光変調層に入射
   し、ここで変調を受けた後、前記画素電極で反射され、
   再び前記ホログラムレンズ層に入射する光のうち前記ホ
   ログラムレンズ層で再び回折されずにそのまま透過した
   光を前記投写レンズ系により前記投写面に写し出すこと
   を特徴とする請求項２〜５のいずれか１に記載のカラー
   表示装置。
7. 【請求項７】入射する光をその入射角度と波長帯域に応
   じて所定方向に回折出射する単一のホログラムレンズ層
   と、 前記ホログラムレンズ層を介して入射する光に対応色の
   映像信号に係わる光変調を与えて出射する光変調層と前
   記光変調層を通過した光が到達する画素電極とを有し、 前記画素電極は、赤色対応画素電極、緑色対応画素電
   極、および青色対応画素電極を規則的に繰り返し配置せ
   しめる平面構成を有し、前記ホログラムレンズ層を介し
   て出射される回折光の波長分散と、前記画素電極の対応
   色の並びとが、波長について同位相となるように配置さ
   れており、 前記単一のホログラムレンズ層は、 単位ホログラムレンズを面上に規則的に配列させたもの
   であり、 前記単位ホログラムレンズの焦点距離をｆ、隣接する単
   位ホログラムレンズの中心間距離をＨとするとき、前記
   距離Ｈは、同一色光対応の画素電極ピッチと同一であ
   り、該焦点距離ｆと該距離Ｈとの比ｆ／Ｈが、１．５以
   上２．５以下である空間光変調素子。
8. 【請求項８】 前記各単位ホログラムレンズは、 屈折率の異なる第１の層と第２の層とを面上に交互に配
   列した回折格子で形成され、 レンズ中心表面での前記回折格子のピッチｐが、０．３
   ８μｍ以上０．４８μｍ以下である請求項７に記載の空
   間光変調素子。
9. 【請求項９】 該単位ホログラムレンズの面法線に対す
   る前記回折格子の傾き角θが、２５度以上３５度以下で
   ある請求項７に記載の空間光変調素子。
10. 【請求項１０】 入射する光をその入射角度と波長帯域
    に応じて所定方向に回折出射する単一のホログラムレン
    ズ層と、 前記ホログラムレンズ層を介して入射する光に対応色の
    映像信号に係わる光変調を与えて出射する光変調層とを
    有し、 前記ホログラムレンズ層は、 屈折率の異なる第１の層と第２の層とを面上に交互に配
    列した回折格子で形成される体積ホログラムであり、 前記屈折率が異なる第１の層と第２の層の屈折率差が
    ０．０４以上であり、前記ホログラムレンズ層の厚みが
    ４．４μｍ以下であることを特徴とする空間光変調素
    子。
11. 【請求項１１】 前記屈折率が異なる第１の層と第２の
    層の屈折率差が０．０５以上０．０６以下であり、ホロ
    グラムレンズ層の厚みが１．９μｍ以上３．６μｍ以下
    であることを特徴とする請求項１０に記載の空間光変調
    素子。