JP3514341B2 - ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置 - Google Patents
ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置Info
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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、ホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置に関し、特に、照明光の利
用効率を大幅に向上させ、色純度、色再現性の良好なホ
ログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に関す
るものである。
ルターを用いた液晶表示装置に関し、特に、照明光の利
用効率を大幅に向上させ、色純度、色再現性の良好なホ
ログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、顔料、染料等による吸収カラ
ーフィルターを用いたカラー液晶表示装置においては、
表示のためにバックライトは必要不可欠なものである。
しかしながら、カラー液晶表示装置の背後から白色光を
そのまま照射しただけでは、その利用効率は非常に低
い。その原因として、主に下記に示す理由があげられ
る。
ーフィルターを用いたカラー液晶表示装置においては、
表示のためにバックライトは必要不可欠なものである。
しかしながら、カラー液晶表示装置の背後から白色光を
そのまま照射しただけでは、その利用効率は非常に低
い。その原因として、主に下記に示す理由があげられ
る。
【０００３】各色のセル以外のブラック・マトリック
スが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄にな
る。 各画素へ入射する白色光の中、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）のカラーフィルターを透過する色成分が制限さ
れてしまうので、その他の補色成分は無駄となってしま
う。 カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。
スが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄にな
る。 各画素へ入射する白色光の中、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）のカラーフィルターを透過する色成分が制限さ
れてしまうので、その他の補色成分は無駄となってしま
う。 カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。
【０００４】このような問題を解決すべく、図６に示す
ように、例えばマイクロレンズアレー２をカラーフィル
ター１の前面に設置し、白色光のバックライト３をそれ
ぞれカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ集光させるよう
にすることにより、バックライト３の利用効率を上げる
方法が従来より知られている。なお、図６において、符
号４はカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ間に設けられた
ブラック・マトリックスを示す。
ように、例えばマイクロレンズアレー２をカラーフィル
ター１の前面に設置し、白色光のバックライト３をそれ
ぞれカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ集光させるよう
にすることにより、バックライト３の利用効率を上げる
方法が従来より知られている。なお、図６において、符
号４はカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ間に設けられた
ブラック・マトリックスを示す。
【０００５】しかしながら、この方法でも、白色光３を
各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ分光して照射する
ことはできないために、上記に示す問題の解決はでき
ない。
各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ分光して照射する
ことはできないために、上記に示す問題の解決はでき
ない。
【０００６】さらに、このようなカラーフィルターを用
いずに、ダイクロイックミラー３枚とマイクロレンズア
レーを用いて、光の利用効率を向上させた液晶プロジェ
クターが特開平４−６０５３８号において提案されてい
る。この場合、上記のような顔料、染料等による吸収カ
ラーフィルターが不要になり、上記の〜の問題が解
決され、カラー映像の輝度は向上するが、３枚のダイク
ロイックミラーを必要とするため、光学系・装置が大き
くなり嵩張ってしまう。また、コストも高いものになっ
てしまう問題がある。
いずに、ダイクロイックミラー３枚とマイクロレンズア
レーを用いて、光の利用効率を向上させた液晶プロジェ
クターが特開平４−６０５３８号において提案されてい
る。この場合、上記のような顔料、染料等による吸収カ
ラーフィルターが不要になり、上記の〜の問題が解
決され、カラー映像の輝度は向上するが、３枚のダイク
ロイックミラーを必要とするため、光学系・装置が大き
くなり嵩張ってしまう。また、コストも高いものになっ
てしまう問題がある。
【０００７】このような状況に鑑み、本出願人は、特願
平５−１２１７０号等において、液晶表示用バックライ
ト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラム
を利用したカラーフィルター及びそれを用いた液晶表示
装置を提案した。
平５−１２１７０号等において、液晶表示用バックライ
ト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラム
を利用したカラーフィルター及びそれを用いた液晶表示
装置を提案した。
【０００８】さらに、このようなホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置を投影型に変更して、スク
リーン上で明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装
置も、特願平５−２４２２９２号等において提案した。
ルターを用いた液晶表示装置を投影型に変更して、スク
リーン上で明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装
置も、特願平５−２４２２９２号等において提案した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なホログラムカラーフィルターは波長分散によりＲ、
Ｇ、Ｂの色を発色させているが、その色純度を良好にす
るためには、バックライトとして平行光束が必要であ
る。しかしながら、上記のホログラムカラーフィルター
を用いた液晶表示装置、特に、投影型の場合に、バック
ライト光源として光量の強いメタルハライドランプ等の
放電灯が用いられるが、これは点光源ではなく線光源と
なっているため、これを放物面鏡、集光レンズ等の光学
系を用いても、平行度の低いバックライトにしかなら
ず、色純度を低下させる原因になっていた。
なホログラムカラーフィルターは波長分散によりＲ、
Ｇ、Ｂの色を発色させているが、その色純度を良好にす
るためには、バックライトとして平行光束が必要であ
る。しかしながら、上記のホログラムカラーフィルター
を用いた液晶表示装置、特に、投影型の場合に、バック
ライト光源として光量の強いメタルハライドランプ等の
放電灯が用いられるが、これは点光源ではなく線光源と
なっているため、これを放物面鏡、集光レンズ等の光学
系を用いても、平行度の低いバックライトにしかなら
ず、色純度を低下させる原因になっていた。
【００１０】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、メタルハライド
ランプ等の線光源を用いても、色純度の低下を招かず、
色再現性の良好なホログラムカラーフィルターを用いた
液晶表示装置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、メタルハライド
ランプ等の線光源を用いても、色純度の低下を招かず、
色再現性の良好なホログラムカラーフィルターを用いた
液晶表示装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置
は、少なくも液晶表示素子と、その照明光入射側に設け
られ、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各
要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対
して所定の角度をなして入射する白色光をホログラム記
録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラム
カラーフィルター、あるいは、平行で一様な干渉縞から
なるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出
側に配置された要素集光性レンズのアレーとからなり、
その平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格
子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホログラム又は
回折格子の記録面の法線に対して所定の角度をなして入
射する白色光をホログラム又は回折格子の記録面に略沿
う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィ
ルターとを備えた液晶表示装置において、前記照明光の
光源が、線光源と、該線光源から放射された光束を該線
光源に直交する面内で略平行な光束に変換する光学系と
を備え、かつ、前記線光源の線の方向が前記ホログラム
カラーフィルターによる波長分散回折方向に略直交する
方向に向くように配置されてなることを特徴とするもの
である。
明のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置
は、少なくも液晶表示素子と、その照明光入射側に設け
られ、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各
要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対
して所定の角度をなして入射する白色光をホログラム記
録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラム
カラーフィルター、あるいは、平行で一様な干渉縞から
なるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出
側に配置された要素集光性レンズのアレーとからなり、
その平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格
子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホログラム又は
回折格子の記録面の法線に対して所定の角度をなして入
射する白色光をホログラム又は回折格子の記録面に略沿
う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィ
ルターとを備えた液晶表示装置において、前記照明光の
光源が、線光源と、該線光源から放射された光束を該線
光源に直交する面内で略平行な光束に変換する光学系と
を備え、かつ、前記線光源の線の方向が前記ホログラム
カラーフィルターによる波長分散回折方向に略直交する
方向に向くように配置されてなることを特徴とするもの
である。
【００１２】この場合、線光源としてはメタルハライド
ランプ等を用いることができる。
ランプ等を用いることができる。
【００１３】また、この液晶表示装置は、表示画像をス
クリーン上に投影する投影光学系を備えた投影型のもの
として構成することもできる。
クリーン上に投影する投影光学系を備えた投影型のもの
として構成することもできる。
【００１４】
【作用】本発明においては、照明光の光源が、線光源
と、この線光源から放射された光束を線光源に直交する
面内で略平行な光束に変換する光学系とを備え、かつ、
その線光源の線の方向がホログラムカラーフィルターに
よる波長分散回折方向に略直交する方向に向くように配
置されているので、ホログラムカラーフィルターで回折
された光の各色の波長成分が対応する色を表示する液晶
セル以外の液晶セルに入射することがなくなるため、表
示の色純度、色再現性が良好になり、かつ、照明光の利
用効率を大幅に向上させることができる。
と、この線光源から放射された光束を線光源に直交する
面内で略平行な光束に変換する光学系とを備え、かつ、
その線光源の線の方向がホログラムカラーフィルターに
よる波長分散回折方向に略直交する方向に向くように配
置されているので、ホログラムカラーフィルターで回折
された光の各色の波長成分が対応する色を表示する液晶
セル以外の液晶セルに入射することがなくなるため、表
示の色純度、色再現性が良好になり、かつ、照明光の利
用効率を大幅に向上させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明のホログラムカラーフィルター
を用いた液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。ま
ず、図３の断面図を参照にして本発明において対象とす
る第１のタイプのホログラムカラーフィルターを用いた
液晶表示装置について説明する。同図において、規則的
に液晶セル６′（画素）に区切られた液晶表示素子６の
バックライト３入射側にカラーフィルターを構成するホ
ログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子
６背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック
・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない
偏光板がホログラムアレー５の入射側と液晶表示素子６
の射出側に配置される。なお、ブラック・マトリックス
４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、
Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型の
カラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよ
い。
を用いた液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。ま
ず、図３の断面図を参照にして本発明において対象とす
る第１のタイプのホログラムカラーフィルターを用いた
液晶表示装置について説明する。同図において、規則的
に液晶セル６′（画素）に区切られた液晶表示素子６の
バックライト３入射側にカラーフィルターを構成するホ
ログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子
６背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック
・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない
偏光板がホログラムアレー５の入射側と液晶表示素子６
の射出側に配置される。なお、ブラック・マトリックス
４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、
Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型の
カラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよ
い。
【００１６】ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色
画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面
内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対応
して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配
置された微小ホログラム５′からなり、微小ホログラム
５′は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの
液晶セル６′各組に整列して各々１個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム５′は、ホログラムアレー５の法
線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中
の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５′に対応す
る３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ上に集
光するようにフレネルゾーンプレート状に形成されてい
るものである。そして、微小ホログラム５′は、回折効
率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、
位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここ
で、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないと
は、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを
回折し、他の波長は回折しないタイプのものではなく、
１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、
この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に
応じて異なる回折角で回折する。
画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面
内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対応
して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配
置された微小ホログラム５′からなり、微小ホログラム
５′は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの
液晶セル６′各組に整列して各々１個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム５′は、ホログラムアレー５の法
線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中
の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５′に対応す
る３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ上に集
光するようにフレネルゾーンプレート状に形成されてい
るものである。そして、微小ホログラム５′は、回折効
率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、
位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここ
で、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないと
は、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを
回折し、他の波長は回折しないタイプのものではなく、
１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、
この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に
応じて異なる回折角で回折する。
【００１７】このような構成であるので、ホログラムア
レー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対
して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入
射させると、波長に依存して微小ホログラム５′による
回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラム
アレー５面に平行な方向に分散される。その中の、赤の
波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分
は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表
示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよう
に、ホログラムアレー５を構成配置することにより、そ
れぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど
減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する位置の
液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことができ
る。なお、ホログラムアレー５へのバックライト３の入
射角度θは、ホログラム記録条件、ホログラムアレー５
の厚み、ホログラムアレー５と液晶表示素子６との距離
等の種々の条件により定まるものである。
レー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対
して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入
射させると、波長に依存して微小ホログラム５′による
回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラム
アレー５面に平行な方向に分散される。その中の、赤の
波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分
は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表
示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよう
に、ホログラムアレー５を構成配置することにより、そ
れぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど
減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する位置の
液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことができ
る。なお、ホログラムアレー５へのバックライト３の入
射角度θは、ホログラム記録条件、ホログラムアレー５
の厚み、ホログラムアレー５と液晶表示素子６との距離
等の種々の条件により定まるものである。
【００１８】このように、ホログラムアレー５をカラー
フィルターとして用いることにより、従来のカラーフィ
ルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく
各液晶セル６′へ入射させることができるため、その利
用効率を大幅に向上させることができる。
フィルターとして用いることにより、従来のカラーフィ
ルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく
各液晶セル６′へ入射させることができるため、その利
用効率を大幅に向上させることができる。
【００１９】次に、図４の断面図を参照にして本発明に
おいて対象とする第２のタイプのホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置について説明する。同図に
おいて、第２のタイプのホログラムカラーフィルター１
０は、ホログラム７と集光性マイクロレンズアレー８と
からなり、マイクロレンズアレー８を構成するマイクロ
レンズ８′は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、
すなわち、液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３
つの液晶セル６′の組各々に対応して、その繰り返しピ
ッチと同じピッチでアレー状に配置されている。また、
ホログラム７は、回折格子の作用をする平行で一様な干
渉縞からなり、回折効率の波長依存性がないかもしくは
少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログ
ラムからなる。液晶表示素子６背面には、各液晶セル
６′の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置
される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子６
の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４
の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、
Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型の
カラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよ
い。
おいて対象とする第２のタイプのホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置について説明する。同図に
おいて、第２のタイプのホログラムカラーフィルター１
０は、ホログラム７と集光性マイクロレンズアレー８と
からなり、マイクロレンズアレー８を構成するマイクロ
レンズ８′は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、
すなわち、液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３
つの液晶セル６′の組各々に対応して、その繰り返しピ
ッチと同じピッチでアレー状に配置されている。また、
ホログラム７は、回折格子の作用をする平行で一様な干
渉縞からなり、回折効率の波長依存性がないかもしくは
少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログ
ラムからなる。液晶表示素子６背面には、各液晶セル
６′の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置
される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子６
の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４
の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、
Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型の
カラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよ
い。
【００２０】このような構成であるので、ホログラム７
の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角
度θをなしてバックライト３を入射させると、波長に依
存して異なる角度で回折され、ホログラム７の射出側に
分散される。ホログラム７の入射側又は出射側に配置さ
れたマイクロレンズ８′により、この分散された光は、
その焦点面に波長毎に分離されて集光する。その中の、
赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の
成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青
を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよ
うに、カラーフィルター１０を構成配置することによ
り、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほ
とんど減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する
位置の液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことが
できる。
の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角
度θをなしてバックライト３を入射させると、波長に依
存して異なる角度で回折され、ホログラム７の射出側に
分散される。ホログラム７の入射側又は出射側に配置さ
れたマイクロレンズ８′により、この分散された光は、
その焦点面に波長毎に分離されて集光する。その中の、
赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の
成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青
を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよ
うに、カラーフィルター１０を構成配置することによ
り、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほ
とんど減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する
位置の液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことが
できる。
【００２１】このような配置において、ホログラム７と
して、集光性でなく一様な干渉縞からなる回折効率の波
長依存性が少ない透過型ホログラムを用いることができ
るため、ホログラム７をマイクロレンズアレー８の各マ
イクロレンズ８′と位置合わせする必要がない点、及
び、マイクロレンズアレー８のピッチが各液晶セル６′
各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の
図６の場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい
点に特長がある。
して、集光性でなく一様な干渉縞からなる回折効率の波
長依存性が少ない透過型ホログラムを用いることができ
るため、ホログラム７をマイクロレンズアレー８の各マ
イクロレンズ８′と位置合わせする必要がない点、及
び、マイクロレンズアレー８のピッチが各液晶セル６′
各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の
図６の場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい
点に特長がある。
【００２２】また、図３及び図４に示したような構成の
ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置をそ
のまま用いて直視型の液晶表示装置として、あるいは、
投影表示用の空間光変調素子として利用して液晶投影表
示装置として用いることができる。図５は図３の液晶表
示装置を液晶投影表示装置として構成する場合の断面図
であり（図４の場合も同様）、ホログラムアレー５の入
射側に近接あるいは一体に第１の偏光板１２が、液晶表
示素子６の射出側に近接あるいは一体に第２の偏光板１
３が配置されている。そして、このカラー液晶表示装置
１１は、例えばメタルハライドランプ１５と放物面鏡１
６の組み合わせからなる照明装置１４からの白色の平行
なバックライト３によって照明され、カラー液晶表示装
置１１で変調された表示像は、液晶表示装置１１の近傍
に配置されたフィールドレンズ１７を経て、投影レンズ
１８により拡大されてスクリーン１９上に拡大結像さ
れ、明るい投影像を得ることができる。
ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置をそ
のまま用いて直視型の液晶表示装置として、あるいは、
投影表示用の空間光変調素子として利用して液晶投影表
示装置として用いることができる。図５は図３の液晶表
示装置を液晶投影表示装置として構成する場合の断面図
であり（図４の場合も同様）、ホログラムアレー５の入
射側に近接あるいは一体に第１の偏光板１２が、液晶表
示素子６の射出側に近接あるいは一体に第２の偏光板１
３が配置されている。そして、このカラー液晶表示装置
１１は、例えばメタルハライドランプ１５と放物面鏡１
６の組み合わせからなる照明装置１４からの白色の平行
なバックライト３によって照明され、カラー液晶表示装
置１１で変調された表示像は、液晶表示装置１１の近傍
に配置されたフィールドレンズ１７を経て、投影レンズ
１８により拡大されてスクリーン１９上に拡大結像さ
れ、明るい投影像を得ることができる。
【００２３】ところで、前記したように、メタルハライ
ドランプ１５のようなバックライト光源は点光源でなく
線光源である。この様子を図１に示す。光源１５がＸ方
向に平行に配置された線光源であるとすると、これを光
学系（凸レンズあるいは放物面鏡）１６の焦点に配置し
たとき、光学系１６から射出されるバックライト３は、
線光源１６に直交する図のＹ方向については平行な光束
になっているが、線光源１６の向いたＸ方向については
平行な光束でなく、光軸に対して±Δの角度範囲内に分
布する平行光束からある程度ずれた散乱成分を含む非平
行な光束となっている。したがって、仮にこのＸ方向が
図３、図４のホログラムフィルター５、１０の回折光の
波長分散方向、すなわち、図３、図４の紙面内の方向に
一致するとすると、図３、図４において、バックライト
３は平行光束でなく、ある程度散乱成分を含んでいるこ
とになるので、ホログラムフィルター５、１０で回折さ
れた光の赤の波長成分は、赤を表示する液晶セルＲの位
置に必ずしも全てが入射しないで、ブラック・マトリッ
クス４を越えて隣接する緑を表示する液晶セルＧの位
置、青を表示する液晶セルＢの位置に一部の成分が入射
してしまうことになる。同様に、ホログラムフィルター
５、１０で回折された光の緑、青の波長成分について
も、隣接する別の色を表示する液晶セルの位置に一部の
成分が入射してしまうことになるため、表示の色純度を
低下させる原因になってしまう。
ドランプ１５のようなバックライト光源は点光源でなく
線光源である。この様子を図１に示す。光源１５がＸ方
向に平行に配置された線光源であるとすると、これを光
学系（凸レンズあるいは放物面鏡）１６の焦点に配置し
たとき、光学系１６から射出されるバックライト３は、
線光源１６に直交する図のＹ方向については平行な光束
になっているが、線光源１６の向いたＸ方向については
平行な光束でなく、光軸に対して±Δの角度範囲内に分
布する平行光束からある程度ずれた散乱成分を含む非平
行な光束となっている。したがって、仮にこのＸ方向が
図３、図４のホログラムフィルター５、１０の回折光の
波長分散方向、すなわち、図３、図４の紙面内の方向に
一致するとすると、図３、図４において、バックライト
３は平行光束でなく、ある程度散乱成分を含んでいるこ
とになるので、ホログラムフィルター５、１０で回折さ
れた光の赤の波長成分は、赤を表示する液晶セルＲの位
置に必ずしも全てが入射しないで、ブラック・マトリッ
クス４を越えて隣接する緑を表示する液晶セルＧの位
置、青を表示する液晶セルＢの位置に一部の成分が入射
してしまうことになる。同様に、ホログラムフィルター
５、１０で回折された光の緑、青の波長成分について
も、隣接する別の色を表示する液晶セルの位置に一部の
成分が入射してしまうことになるため、表示の色純度を
低下させる原因になってしまう。
【００２４】これに対して、図１に示したように、線光
源１６の向いたＸ方向を微小ホログラム５′（以下、ホ
ログラムフィルター５、１０の１つの分光素子を微小ホ
ログラム５′で表すことにするが、ホログラムフィルタ
ー１０については、ホログラム７とマイクロレンズ８′
の組み合わせが微小ホログラム５′に相当する。）の波
長分散回折方向ｙに直交する方向ｘと平行に配置する
と、バックライト３は、ｙ方向には、上記のように平行
光として入射角θで微小ホログラム５′に入射するの
で、微小ホログラム５′で回折された光の各色の波長成
分は、対応する色を表示する液晶セルの位置に全てが入
射する。そのため、少なくもこの限りにおいては、表示
の色純度は低下しない。この場合、バックライト３は、
ｘ方向には、平行光束でなくある程度散乱成分を含んで
いるので、微小ホログラム５′で回折された光の各色の
波長成分は１点には集光しないでｘ方向に分布して集光
することになる。しかしながら、ブラック・マトリック
ス４の各開口は、通常、波長分散回折方向ｙに直交する
ｘ方向に長い長方形形状に構成するので、集光位置のｘ
方向の分布によってｘ方向に隣接する液晶セルの位置に
一部の成分が入射することはない。さらに、各色を表示
する液晶セルＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを図２に示すように各
列そろえて配置するスライプ型の配置にする場合には、
仮に、ｘ方向に隣接する液晶セルの位置に一部の成分が
入射したとしても、同じ色を表示する液晶セルであるの
で、表示の色純度を低下させることはない。
源１６の向いたＸ方向を微小ホログラム５′（以下、ホ
ログラムフィルター５、１０の１つの分光素子を微小ホ
ログラム５′で表すことにするが、ホログラムフィルタ
ー１０については、ホログラム７とマイクロレンズ８′
の組み合わせが微小ホログラム５′に相当する。）の波
長分散回折方向ｙに直交する方向ｘと平行に配置する
と、バックライト３は、ｙ方向には、上記のように平行
光として入射角θで微小ホログラム５′に入射するの
で、微小ホログラム５′で回折された光の各色の波長成
分は、対応する色を表示する液晶セルの位置に全てが入
射する。そのため、少なくもこの限りにおいては、表示
の色純度は低下しない。この場合、バックライト３は、
ｘ方向には、平行光束でなくある程度散乱成分を含んで
いるので、微小ホログラム５′で回折された光の各色の
波長成分は１点には集光しないでｘ方向に分布して集光
することになる。しかしながら、ブラック・マトリック
ス４の各開口は、通常、波長分散回折方向ｙに直交する
ｘ方向に長い長方形形状に構成するので、集光位置のｘ
方向の分布によってｘ方向に隣接する液晶セルの位置に
一部の成分が入射することはない。さらに、各色を表示
する液晶セルＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを図２に示すように各
列そろえて配置するスライプ型の配置にする場合には、
仮に、ｘ方向に隣接する液晶セルの位置に一部の成分が
入射したとしても、同じ色を表示する液晶セルであるの
で、表示の色純度を低下させることはない。
【００２５】したがって、本発明においては、図３〜図
５のようなホログラムカラーフィルター５、１０を用い
た直視型及び投影型の液晶表示装置において、バックラ
イト３の線光源１６を、その線の方向が図１のようにホ
ログラムカラーフィルター５、１０による波長分散回折
方向ｙに直交する方向ｘに向くように配置する。このよ
うな配置により、表示の色純度、色再現性が良好にな
り、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上させることが
できる。
５のようなホログラムカラーフィルター５、１０を用い
た直視型及び投影型の液晶表示装置において、バックラ
イト３の線光源１６を、その線の方向が図１のようにホ
ログラムカラーフィルター５、１０による波長分散回折
方向ｙに直交する方向ｘに向くように配置する。このよ
うな配置により、表示の色純度、色再現性が良好にな
り、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上させることが
できる。
【００２６】以上、本発明のホログラムカラーフィルタ
ーを用いた液晶表示装置を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。
ーを用いた液晶表示装置を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。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に
よると、照明光の光源が、線光源と、この線光源から放
射された光束を線光源に直交する面内で平行な光束に変
換する光学系とを備え、かつ、その線光源の線の方向が
ホログラムカラーフィルターによる波長分散回折方向に
略直交する方向に向くように配置されているので、ホロ
グラムカラーフィルターで回折された光の各色の波長成
分が対応する色を表示する液晶セルの以外の液晶セルに
入射することがなくなるため、表示の色純度、色再現性
が良好になり、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上さ
せることができる。
のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に
よると、照明光の光源が、線光源と、この線光源から放
射された光束を線光源に直交する面内で平行な光束に変
換する光学系とを備え、かつ、その線光源の線の方向が
ホログラムカラーフィルターによる波長分散回折方向に
略直交する方向に向くように配置されているので、ホロ
グラムカラーフィルターで回折された光の各色の波長成
分が対応する色を表示する液晶セルの以外の液晶セルに
入射することがなくなるため、表示の色純度、色再現性
が良好になり、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上さ
せることができる。
【図１】本発明において光源の配置を説明するための斜
視図である。
視図である。
【図２】各色を表示する液晶セルのスライプ型配置を示
すための正面図である。
すための正面図である。
【図３】本発明において対象とする第１のタイプのホロ
グラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図
である。
グラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図
である。
【図４】本発明において対象とする第２のタイプのホロ
グラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図
である。
グラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図
である。
【図５】図３の液晶表示装置を用いた液晶投影表示装置
の断面図である。
の断面図である。
【図６】従来の液晶表示装置の照明方法を説明するため
の図である。
の図である。
３…バックライト
４…ブラック・マトリックス
５…ホログラムアレー（ホログラムカラーフィルター）
６…液晶表示素子
５′…微小ホログラム
６′…液晶セル
７…ホログラム
８…集光性マイクロレンズアレー
８′…マイクロレンズ
１０…ホログラムカラーフィルター
１１…カラー液晶表示装置
１２…第１の偏光板
１３…第２の偏光板
１４…照明装置
１５…メタルハライドランプ（線光源）
１６…放物面鏡
１７…フィールドレンズ
１８…投影レンズ
１９…スクリーン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/1335
G02F 1/13357
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくも液晶表示素子と、その照明光入
射側に設けられ、要素集光性ホログラムのアレーからな
り、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面
の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光をホ
ログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光する
ホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な
干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あ
るいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーと
からなり、その平行で一様な干渉縞からなるホログラム
又は回折格子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホロ
グラム又は回折格子の記録面の法線に対して所定の角度
をなして入射する白色光をホログラム又は回折格子の記
録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラム
カラーフィルターとを備えた液晶表示装置において、前
記照明光の光源が、線光源と、該線光源から放射された
光束を該線光源に直交する面内で略平行な光束に変換す
る光学系とを備え、かつ、前記線光源の線の方向が前記
ホログラムカラーフィルターによる波長分散回折方向に
略直交する方向に向くように配置されてなることを特徴
とするホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装
置。 - 【請求項２】 前記線光源がメタルハライドランプから
なることを特徴とする請求項１記載のホログラムカラー
フィルターを用いた液晶表示装置。 - 【請求項３】 表示画像をスクリーン上に投影する投影
光学系を備えていることを特徴とする請求項１又は２記
載のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17092195A JP3514341B2 (ja) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17092195A JP3514341B2 (ja) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0922005A JPH0922005A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3514341B2 true JP3514341B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=15913829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17092195A Expired - Fee Related JP3514341B2 (ja) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514341B2 (ja) |
-
1995
- 1995-07-06 JP JP17092195A patent/JP3514341B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0922005A (ja) | 1997-01-21 |
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