JP3363620B2 - 表示装置及び分光部材 - Google Patents

表示装置及び分光部材

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JP3363620B2 JP28383194A JP28383194A JP3363620B2 JP 3363620 B2 JP3363620 B2 JP 3363620B2 JP 28383194 A JP28383194 A JP 28383194A JP 28383194 A JP28383194 A JP 28383194A JP 3363620 B2 JP3363620 B2 JP 3363620B2
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広行 蛇口
雅彦 山口
章三 高村
泰彦 笠間
忠弘 大見
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表示装置及び分光部材
に係わり、特に消費電力を低減した表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のカラー表示装置は、光を赤、緑、
青の3原色の光に分光するカラーフィルターと、カラー
フィルターを通過した光をオン・オフする液晶素子等か
らなるシャッターとを備え、各々の画素の赤、緑、青の
領域を対応する3原色光で照射することによりカラー画
像を表示する方法が用いられている。
【0003】しかし、カラーフィルターの透過率は20
〜30%程度であり、照射される光のほとんどがフィル
ターに吸収されてしまうため、また、色純度を改良する
ためにブラックマスクが配置されるため、表示装置を透
過する光は光源出射光の2〜5%程度にしかすぎず、そ
の結果、表示装置の消費電力の内、60〜70%が光源
に費やされているのが現状である。
【0004】従って、例えば従来の携帯用表示装置では
バッテリーが大型化したり、あるいは実使用時間が短く
なるという問題がある。よりコントラストの高い高品質
な画像を得ようすると、この傾向は一層顕著となる。ま
た、光量の大きな光源を使うと、光、熱によりフィルタ
ー等の劣化、光学系のズレ等を生じ、長期の信頼性が低
下するとういう問題もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光の有効利
用を図り、消費電力を低減した表示装置及び分解能のよ
い小型の分光部材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、少
なくとも光の三原色を含む光源からの光を、赤、緑、青
の三原色に分光し画素の対応する赤、緑、青領域に導入
するプリズム型分光部材と、前記赤、緑、青領域に到達
した光の透過状態を制御するシャッター部材とを具備
、前記プリズム型分光部材は3個の異なる微小プリズ
ムからなるプリズム組を複数組繰り返し配列して構成
し、前記3個の微小プリズムの各出射面からの出射光が
前記画素の対応する赤、緑、青領域のいずれかに集光す
るように前記3個の微小プリズムの各入射面及び出射面
を設定したことを特徴とする。
【0007】前記プリズム型分光部材は、液晶で構成す
ることを特徴とするさらに、前記プリズム型分光部材
の平均分散(波長486.1nmと波長656.3nm
の光に対する屈折率の差)は、0.007以上であるこ
とが好ましく、 0.07以上であることがより好まし
い。
【0008】また、本発明の表示装置は、前記画素がマ
トリックス状に配置され、前記プリズム型分光部材が一
方向に連続して一体となっていることを特徴とする。
らに、本発明の表示装置は、前記シャッター部材が、液
晶を利用したものであることを特徴とする。
【0009】
【0010】本発明の表示装置は、少なくとも光の三原
色を含む光源からの光を、赤、緑、青の三原色に分光し
画素の対応する赤、緑、青領域に導入するプリズム型分
光部材と、前記赤、緑、青領域に到達した光の透過状態
を制御するシャッター部材とを具備し、前記プリズム型
分光部材は3個の異なる微小プリズムからなるプリズム
組を複数組繰り返し配列して構成し、前記3個の微小プ
リズムの各々を液晶で構成したことを特徴とする。
【0011】前記プリズム型分光部材の平均分散(波長
486.1nmと波長656.3nmの光に対する屈折
率の差)は、0.007以上であることが好ましく、
0.07以上であることがより好ましい。
【0012】本発明の表示装置は、前記画素がマトリッ
クス状に配置され、前記プリズム型分光部材が一方向に
連続して一体となっていることを特徴とする。さらに、
本発明の表示装置は、前記シャッター部材が、液晶を利
用したものであることを特徴とする。
【0013】
【作用】従来の表示装置では、1つの画素の3つの領域
に赤、緑、青のフィルターが配置された構造をとり、そ
れぞれのフィルターに入射した光のうち、特定の波長域
の光のみが画素のそれぞれの領域に入射し、他の波長域
の光は吸収されて熱に変換される。一方、本発明の表示
装置では、1つの画素全体にプリズム型の分光部材をも
うけ、この分光部材全体に入射する光を分光して赤、
緑、青の領域に分けるため、分光部材に入射する光量全
てを利用することができる。従って、本発明において
は、画素の3つの領域のそれぞれに入射する光量はフィ
ルターの場合の概略3倍となる。このことは、光源の消
費電力を概略1/3にする事ができることを意味し、表
示装置全体でも電池使用時間を2倍程度に延ばせること
を意味する。また、フィルターの場合は光及び光吸収に
よる発熱に起因し、フィルターの劣化及び光学系のズレ
等が生じる場合があるが、本発明の表示装置にはかかる
問題はなく、長期間にわたり安定して高品質の画像を維
持することができる。
【0014】本発明の表示装置においては、分光部材の
プリズムの光入射面の出射面に対する角度を多段に変え
た複合プリズムを用いるのが好ましく、あるいはプリズ
ムを異なる頂角を有する複数の微小プリズムで構成する
のが好ましい。これにより各画素の各色の領域に入射す
る光の分離は一層向上する。さらには、上記入射面を曲
面状とするのが好ましく、色純度はさらに向上する。
【0015】本発明の分光部材は、屈折率の波長分散を
有する材料で構成される。屈折率の波長分散は大きいほ
ど良いが、表示装置の形状、画素密度、画像品質等の設
計により適宜選択される。光路長を短くし、分光部材の
軽量化のためには、平均分散で0.007以上が好まし
く、0.07以上がより好ましい。なお、本発明で平均
分散とは、486.1nmの光に対する屈折率と65
6.3nmの光に対する屈折率との差を言う。
【0016】このような材料として、例えば液晶、光学
ガラス等が用いられる。液晶のように流動性がある場合
は、例えばガラス基板に所定の形状に溝を形成し、この
中に液晶等を封入すれば良い。なお、光として偏光を用
い分光部材透過後においても偏光状態を維持する必要が
ある場合であって、液晶材料を光学的等方性液体となる
温度範囲外で用いる場合には、液晶分子を配向して封入
する必要がある。この方法として、上記溝の表面にポリ
イミドやSiO等の液晶を配向させる材料をコーティン
グすればよい。
【0017】本発明のシャッター部材には、液晶が好適
に用いられるが、これに限らず、例えばPLZT等の電
気的光学結晶等を用いたもの等でも良い。
【0018】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明する。
【0019】(実施例1)本実施例では、画素がマトリ
ックス状に配列され、分光部材として赤、緑、青に対応
して3つの微小プリズムが一方向に連続したものを用い
た液晶カラー表示装置を説明する。
【0020】本実施例の表示装置の模式的断面図を図1
に、分光部材周辺の拡大図を図2に示す。本実施例の画
素の大きさは120μmで、赤、緑、青の領域が40μ
mである。
【0021】図1において、101,101’は偏光板
である。102はガラス基板(コーニング製7059)
で、一方の面に赤、緑、青に対応した微小プリズム形状
の溝(40μm幅)の3列が120μmピッチで形成さ
れたものである。なお、この溝は、アルカリ水溶液中で
放電加工法により形成した。
【0022】103は厚さ23mmガラス基板(コーニ
ング製7059)で、光入射側の面に、ガラス基板10
2と同様にして液晶封入用の溝列を加工形成した後、光
出射側の面に、薄膜トランジスタ(TFT)とITO電
極105をマトリックス状に形成したものである。
【0023】104は、分光部材となる液晶であり、本
実施例では独自にブレンドした液晶を用い、ガラス基板
102、103の溝に入れ、ラビング処理により液晶分
子を溝に平行に配向させた。
【0024】106は、光の通過状態を制御するための
液晶であり、本実施例では、約6μm厚のTFT−LC
Dを用いている。107は、ITO電極及び開口率62
%のブラックマスクが形成されたガラス基板(コーニン
グ製7059)である。
【0025】以上の装置を用いて、不図示の3波長蛍光
灯(611nm,543nm,450nmに発光ピーク
を持つ蛍光灯)からの光をレンズ及びミラーにより平行
光線とし、偏光板101に照射する。偏光板を通った偏
光は、液晶からなるプリズムに入射し、ここで3色に分
光されて、それぞれの光は対応する画素のITO電極部
に集光される。これらの光のオン・オフ制御は、個々の
薄膜トランジスタによりITO電極に電圧が加えられて
液晶106の配向状態が変化することにより行われる。
【0026】図2は、微小プリズム及びこれと対応する
画素の各色の領域との関係を示した概念図である。ま
た、図3に各微小プリズムの断面形状及び光の光路を示
した。
【0027】分光部材として用いた液晶104の赤色光
(611nm)、緑色光(543nm)、青色光(45
0nm)に対する屈折率はそれぞれ1.605,1.6
00,1.595であり、平均分散は約0.01であ
る。また、ガラス基板の屈折率は1.53である。これ
らから求めた各微小プリズムの各色光の偏角Φ2を表1
に示す。なお、偏角Φ2は、図3において入射光に対し
図の下側にふれる場合を正とした。
【0028】
【表1】 表1に示したように、3つの微小プリズムの3つの面に
入射した赤、緑、青の混合した光は、プリズムにより分
光されて、図2に示すように、対応する画素の赤、緑、
青の領域にそれぞれ導かれることになる。
【0029】本実施例で作製した表示装置の光の透過率
は、全ての画素をオンとした場合で15.8%と極めて
高い値となり、カラーフィルターを用いた従来の表示装
置(5.3%)に比べて、光が有効に利用されているこ
とが確認された。
【0030】本実施例では、3つの微小プリズムで分光
する場合を示したが、図4(a)に示すような複合型プ
リズム形状を用いてもよく、これを用いて作製した表示
装置も本実施例と同様な結果が得られた。また、図4
(b)に示すように、断面が曲線となるようにしても良
い。
【0031】また、本実施例において、ガラス基板10
3の厚さを例えば5.7mmとすると画素ピッチは30
μmとなり、1枚のTFTパネルでプロジェクターを構
成することが可能となる。即ち、ダイクロイックミラー
を用い、赤、緑、青の各色1枚づつTFTパネルを用い
て光学的に合成していた従来のプロジェクターに比べ、
TFTパネルは1枚ですむため、装置の小型化、コスト
ダウンが可能となる。さらに、液晶にポリマー分散液晶
(PDLC)を用いて面積階調法により階調表現するこ
とも可能となる。
【0032】(実施例2)実施例1の表示装置を図5に
示す構造の分光部材を用いて同様にして作製した。図5
において、502,503はガラス基板で図1のガラス
基板102,103に対応する。
【0033】本実施例では、光路長を短くするため及び
液晶の配向を容易にするため、分光部材の一部にポリイ
ミドを設けた。即ち、ガラス基板502側の溝には、ポ
リイミド508をスパッタ法により100nm形成し
た。一方、ガラス基板503の溝には、液状のポリイミ
ドをスピンコート法で塗布し、レベリングした後、硬化
してポリイミドを配置した。なお、液晶504には、チ
ッソ製LAP−5044を用いた。この他は、実施例1
と同様にして表示装置を作製した。
【0034】図5に示す分光部材を光が通過したときの
偏角Φ2を表2に示す。なお、液晶504の屈折率は、
赤色光、緑色光、青色光に対してそれぞれ1.531,
1.462,1.401であり、平均分散は約0.13
である。また、ガラス基板及びポリイミドの屈折率はそ
れぞれ1.53,1.70である。
【0035】
【表2】 表2から明らかなように、図5の構成にすることによ
り、偏角の差は大きくなり、光路長を小さくすることが
できる。本実施例の場合は、ガラス基板503の厚さを
1.1mmまで薄くすることが可能となった。
【0036】なお、実施例1、2の分光部材は、パソコ
ン、ビデオ、テレビ等への応用を前提にして、光の3原
色に限定して述べたが、本発明は3色に限る必要はな
く、例えば2色でもよい。また、図4(b)の構造の分
光部材は、受光素子アレイやCCDと組み合わせて、白
色光を用いることにより可視スペクトル測定用の分光器
等を作製することが可能である。
【0037】
【発明の効果】本発明により、光源の光の利用効率の高
い表示装置を提供することが可能となる。したがって、
消費電力を低減できるため、電池駆動の場合稼働時間を
大幅に延ばすことができる。あるいは電池容量を減らし
て、表示装置の軽量かを達成することができる。また、
カラーフィルターのように熱、光による劣化がないた
め、長期間安定して高品質の画像を表示することができ
る。
【0038】さらには、本発明の分光部材と例えば受光
素子アレイ等を組み合わせることにより、小型の分光器
を作製することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の表示装置の一例を示す概念図であ
る。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】プリズムと光路の関係を示す概念図である。
【図4】本発明の分光部材を例示した概念図である。
【図5】実施例2の分光部材を示す概念図である。
【符号の説明】
101、101’ 偏光板、 102、502 ガラス基板、 103、503 ガラス基板、 104、504 液晶(分光部材)、 105 ITO電極、 106 液晶(シャッター)、 107 ガラス基板、 508、509 ポリイミド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高村 章三 東京都大田区雪谷大塚町1番7号アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 笠間 泰彦 東京都大田区雪谷大塚町1番7号アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ケ袋2の1の17の 301 (56)参考文献 特開 平6−194695(JP,A) 特開 平2−125234(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13357 G02B 5/04

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも光の三原色を含む光源からの
    光を、赤、緑、青の三原色に分光し画素の対応する赤、
    緑、青領域に導入するプリズム型分光部材と、 前記赤、緑、青領域に到達した光の透過状態を制御する
    シャッター部材とを具備し、 前記プリズム型分光部材は3個の異なる微小プリズムか
    らなるプリズム組を複数組繰り返し配列して構成し、 前記3個の微小プリズムの各出射面からの出射光が前記
    画素の対応する赤、緑、青領域のいずれかに集光するよ
    うに前記3個の微小プリズムの各入射面及び出射面を設
    定したことを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項2】 前記プリズム型分光部材は、液晶で構成
    することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 【請求項3】 前記プリズム型分光部材の平均分散(波
    長486.1nmと波長656.3nmの光に対する屈
    折率の差)は、0.007以上であることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の表示装置。
  4. 【請求項4】 前記平均分散が、0.07以上であるこ
    とを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 【請求項5】 前記画素がマトリックス状に配置され、 前記プリズム型分光部材が一方向に連続して一体となっ
    ていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項
    に記載の表示装置。
  6. 【請求項6】 前記シャッター部材が、液晶を利用した
    ものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    1項に記載の表示装置。
  7. 【請求項7】 少なくとも光の三原色を含む光源からの
    光を、赤、緑、青の三原色に分光し画素の対応する赤、
    緑、青領域に導入するプリズム型分光部材と、 前記赤、緑、青領域に到達した光の透過状態を制御する
    シャッター部材とを具備し、 前記プリズム型分光部材は3個の異なる微小プリズムか
    らなるプリズム組を複数組繰り返し配列して構成し、 前記3個の微小プリズムの各々を液晶で構成したことを
    特徴とする表示装置。
  8. 【請求項8】 前記プリズム型分光部材の平均分散(波
    長486.1nmと波長656.3nmの光に対する屈
    折率の差)は、0.007以上であることを特徴とする
    請求項7に記載の表示装置。
  9. 【請求項9】 前記平均分散が、0.07以上であるこ
    とを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  10. 【請求項10】 前記画素がマトリックス状に配置さ
    れ、 前記プリズム型分光部材が一方向に連続して一体となっ
    ていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項
    に記載の表示装置。
  11. 【請求項11】 前記シャッター部材が、液晶を利用し
    たものであることを特徴とする請求項7乃至10のいず
    れか1項に記載の表示装置。
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