JP3613422B2

JP3613422B2 - Color display device using diffraction grating

Info

Publication number: JP3613422B2
Application number: JP23202996A
Authority: JP
Inventors: 市川信彦
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2016-09-02
Also published as: JPH1073818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を用いたカラー表示装置に関し、特に、照明光の利用効率を大幅に向上させ、明るく色再現性の良好な回折格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】
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。
【０００３】
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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、例えばマイクロレンズアレーをカラーフィルターの前面に設置し、白色光のバックライト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、バックライトの利用効率を上げる方法が従来より知られている。
【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▲２▼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▲１▼〜▲３▼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】
そこで、本出願人は、特願平８−９４１２８号において、回折格子を用いたカラー液晶表示装置を提案した。この液晶表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、前記回折格子の回折側に前記回折格子の面に対して傾いて配置された集光性レンズアレーと、前記集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された液晶表示素子とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記液晶表示素子の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたものである。この液晶表示装置は、バックライト利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光された３原色のカラーバランスが良好で色再現性が良く、しかも、少ない部品で組立製作が容易で、コンパクトでコストがかからないものである。
【０００８】
以下、この液晶表示装置を図４を参照にして説明する。
図４の液晶表示装置の要部断面図において、全体の構成は、不図示の白色照明光源からの略平行なバックライト１２に対して傾いて配置された液晶表示素子１と、バックライト１２入射側の何れかの位置に配置された入射側偏光板８と、液晶表示素子１の観察側に配置された観察側偏光板９と、液晶表示素子１のバックライト１２入射側でバックライト１２に対して略垂直に配置された一様なピッチの直線群（体積型の場合は平面群）の干渉縞あるいは格子からなるホログラムあるいは回折格子（以下、回折格子と言う。）１１と、液晶表示素子１と回折格子１１の間であって入射側偏光板８の入射側あるいは射出側（図の場合は射出側）に液晶表示素子１と平行に配置され、各微小凸レンズ１０′が液晶表示素子１のＲＧＢ３つの分色画素からなる組各々に整列して配置されているマイクロレンズアレー１０とからなっている。
【０００９】
液晶表示素子１は、例えば、２枚のガラス基板２、３の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層６からなり、バックライト側のガラス基板２の内表面には、ブラック・マトリックス７と一様な透明対向電極４が設けられ、表示面側のガラス基板３の内表面には画素Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極５と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極４、５の液晶層６側には不図示の配向層も設けられて構成されている。また、入射側偏光板８と観察側偏光板９とは、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。なお、観察側偏光板９はガラス基板３の外表面に貼り付けてもよく、入射側偏光板８は、液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０の間に挟持して一体に貼り合わせてもよく、あるいは、回折格子１１のバックライト１２入射側に配置してもよい。さらに、マイクロレンズアレー１０は液晶表示素子１の一方のガラス基板２と一体に貼り合わせてもよい。
【００１０】
また、ホログラムあるいは回折格子１１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又は回折格子からなる。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、他の波長はほとんど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ホログラムあるいは回折格子１１は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【００１１】
ところで、マイクロレンズアレー１０とブラック・マトリックス７の間の距離は、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′の焦点距離（ガラス基板２の屈折率も考慮して）と略等しく設定されており、したがって、平行光が微小凸レンズ１０′によって集光される位置はブラック・マトリックス７の開口の位置となる。なお、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、ＲＧＢの分色画素の繰り返し周期の各周期毎、すなわち、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に対応して整列して配置されている。
【００１２】
なお、ブラック・マトリックス７の間には、色純度を上げるため、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。
【００１３】
ところで、液晶表示素子１の面に対する回折格子１１の面の傾き角αは次のような配置になっている。すなわち、回折格子１１に対して略垂直に入射するバックライト１２中の赤の波長成分１２Ｒは回折角θ_Ｒで透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＲ画素に集光する。同様に、バックライト１２中の緑の波長成分１２Ｇは回折角θ_Ｇで透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＧ画素に、バックライト１２中の青の波長成分１２Ｂは回折角θ_Ｂで透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＢ画素に、それぞれ集光する。このような位置関係になるように上記傾き角αが設定されている。
【００１４】
以上のような構成であるので、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる角度で回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分はマイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００１５】
このような構成において、分光要素として一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折効率の波長依存性が少ない透過型回折格子１１を用いることができるため、回折格子１１の製作が容易でありコストが安い、回折格子１１の回折効率が高くバックライト１２利用効率が高い、回折格子１１をマイクロレンズアレー１０の各微小凸レンズ１０′と位置合わせする必要がない、及び、マイクロレンズアレー１０のピッチが各画素各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい等の特長がある。
【００１６】
なお、回折格子１１をバックライト１２に対して斜めに配置することも考えられるが、上記のように回折格子１１をバックライト１２に対して略垂直に配置すると、回折格子１１が同じ寸法であるとして、バックライト１２の断面積が大きくなるので、バックライト１２の平行度がより高くでき、各画素ＲＧＢに入射する色成分の混色がより少なくなり、色再現性をより向上させることができる。また、バックライト１２を回折格子１１に略垂直に入射させると、斜め入射の場合より分散角が大きく取れるので、同じ分散角でよいとするなら回折格子１１のピッチをより大きくでき、回折格子１１の波長依存性をより少なくできる。そのため、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスがより良くなり、この点からも色再現性がより向上できる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図４のような配置においては、回折格子１１からの回折光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは斜め方向に射出するので、より大きな分散角が得られるので望ましいが、回折格子１１を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して角度をなして離間して配置しなければならず、かつ、バックライト１２を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して斜めの方向から照明しなければならないため、表示装置２０全体の嵩が大きく大型なものとなってしまう。また、液晶表示素子１全体に回折格子１１で分散した各色の光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが入射しなくてはならないが、離れた位置から斜めに射出するために見込み角分大きな面積の回折格子１１を用いなければならない。
【００１８】
本発明は本出願人の先の出願に係るカラー表示装置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、光の利用効率が極めて高いので明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスが良く、しかも、光学系が少なく小さい部品で構成可能でコンパクトでコストがかからない回折格子を用いたカラー表示装置を提供することである。
【００１９】
【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回折格子を用いたカラー表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、その回折格子から斜め方向に射出する回折光を略垂直方向に角度変換する偏向素子と、略垂直方向に向けられた回折光に対して略垂直に配置された集光性レンズアレーと、その集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された空間光変調器とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記空間光変調器の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この場合、集光性レンズアレーの要素レンズは、空間光変調器の隣接する３つの画素を１組としてその組の繰り返し周期と同じ周期で配置されていることが望ましい。
【００２１】
また、空間光変調器としては、例えば液晶表示素子からなることが望ましい。
【００２２】
また、回折格子は、２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる回折格子からなっていてもよい。
【００２３】
また、空間光変調器に表示された画素群からなる映像を投影光学系により投影するように構成することもできる。
【００２４】
本発明においては、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置のいくつかの実施例について図面を参照にして説明する。
本発明の原理は、図４のような配置において、回折格子１１とマイクロレンズアレー１０の間にシート状光偏向手段を配置して、回折格子１１と液晶表示素子１を平行に近接配置することにより、バックライト１２を背後から略垂直に照明するようにして、表示装置２０全体を薄く小型のものとすると共に、回折格子１１も小型でよいものとすることである。まず、シート状光偏向手段の１例のプリズムシート組立体について図１を参照にして説明する。
【００２６】
このプリズムシート組立体３０は２枚の近接配置したプリズムシート４０、５０からなり、プリズムシート組立体３０の入射側に平行に配置した回折格子１１によって斜めに回折分光された成分中の例えば中間の角度に回折された緑の波長成分１２Ｇを、プリズムシート組立体３０の射出側の面からに垂直に射出させる作用を有するものである。したがって、プリズムシート組立体３０の射出側に平行にマイクロレンズアレー１０と液晶表示素子１を配置することができる。
【００２７】
すなわち、プリズムシート組立体３０は、空気層２５を介して入射側から第１のプリズムシート４０と第２のプリズムシート５０とからなり、第１のプリズムシート４０は、同一形状の微小プリズム４１を密に並べてなるもので、入射側は平面４２からなり、第２のプリズムシート５０に面した射出側は断面鋸歯状の面からなる。その射出側の面は、入射側の平面４２で屈折された光束１２Ｇ’が略垂直に射出するストライプ状の斜面４３と、この光束１２Ｇ’が入射せず斜面４３に対して略垂直なストライプ状の壁面４４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。したがって、全ての斜面４３相互、壁面４４相互は平行に配置されている。
【００２８】
また、第２のプリズムシート５０は、同一形状の微小プリズム５１を密に並べてなるもので、射出側は平面５２からなり、第１のプリズムシート４０に面した入射側は断面鋸歯状の面からなる。その入射側の面は、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２で屈折され、斜面４３を略垂直に出た光束１２Ｇ’が斜めに入射するストライプ状の斜面５３と、平面５２に対して略垂直なストライプ状の壁面５４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。そして、斜面５３は、光束１２Ｇ’を平面５２に対して略垂直な方向に屈折するような傾き角度に設定されている（図１の場合、３５．５°）。したがって、全ての斜面５３相互、壁面５４相互は平行に配置されている。
【００２９】
このような配置であるので、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２に平行に回折格子１１を配置し、回折格子１１に略垂直に白色バックライト１２を入射させると、回折格子１１によって例えば回折角４０°（＝θ_Ｇ）で回折された緑の波長成分の光束１２Ｇは、平面４２で第１のプリズムシート４０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、２５°）で屈折され、射出側の斜面４３から垂直に出る。第１のプリズムシート４０から射出された平行光束１２Ｇ’は、空気層２５を経て第２のプリズムシート５０の入射側の斜面５３に所定の入射角（図１の場合、６０．５°）で入射し、第２のプリズムシート５０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、斜面５３の法線に対して３５．５°）で屈折され、射出側の平面５２から垂直に平行光束１２Ｇ”として射出する。
【００３０】
回折格子１１で緑の波長成分１２Ｇと異なる回折角θ_Ｒ、θ_Ｂで回折されたそれぞれ赤の波長成分１２Ｒ、青の波長成分１２Ｂはそれぞれの回折角θ_Ｒ、θ_Ｂに応じた入射角で第１のプリズムシート４０の平面４２に入射し、その入射角に応じた射出角で第２のプリズムシート５０の平面５２から射出するが、第２のプリズムシート５０から垂直に射出する緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、緑の波長成分１２Ｇ”の左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置する。
【００３１】
したがって、このようなプリズムシート組立体３０を用いて、図２に示すように、バックライト１２入射側から順に、バックライト１２に略垂直に、図４と同様な回折格子１１、図１のプリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、図４と同様なマイクロレンズアレー１０、図４と同様な液晶表示素子１、観察側偏光板９を平行に配置することにより表示装置２０を構成することができる。すなわち、図２の構成は、図４において、回折格子１１と入射側偏光板８の間に図１のプリズムシート組立体３０を挿入し、回折格子１１とプリズムシート組立体３０を入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９に平行に配置しただけで、その他は同じであり、液晶表示素子１、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成も同じである。
【００３２】
このような構成において、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる斜めの角度で赤の波長成分１２Ｒ、緑の波長成分１２Ｇ、青の波長成分１２Ｂが回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分は、プリズムシート組立体３０により偏向され、緑の波長成分１２Ｇ”が第２のプリズムシート５０から略垂直に、緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置するように角度変換され、マイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００３３】
このような表示装置２０において、回折格子１１、プリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に白色バックライト１２を入射させるようにすることができるので、表示装置２０全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子１１を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子１１を液晶表示素子１等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００３４】
ところで、図１のプリズムシート組立体３０の構成において、空気層２５の代わりにプリズムシート４０、５０の屈折率と異なる接着剤等の媒質を用いてもよい。また、回折格子１１と第１のプリズムシート４０の間に空気層を介さないで直接接着してもよい。なお、プリズムシート４０、５０の入射側、射出側の面、特に平面４２、５２、斜面４３、５３には反射防止膜をコーティングすることが望ましい。また、光学作用を行わない壁面４４、５４には光吸収膜をコーティングすることが望ましい。
【００３５】
なお、以上の実施例のプリズムシート組立体３０は単に例示のためのものであり、２枚のプリズムシート４０、５０の代わりに、第２のプリズムシート５０と同様な形状のプリズムシート１枚からなるものを用いてもよい。あるいは、同一形状の微小反射プリズムを密に並べてなるものを用いてもよい。
【００３６】
次に、図２に示したような構成の本発明の表示装置２０をそのまま用いて直視型の表示装置として、あるいは、投影表示用の空間光変調素子として利用して投影表示装置として用いることができる。直視型の表示装置として用いるには、液晶表示素子１の観察側に拡散層を設けることが望ましい。投影表示装置として用いるには、例えば図３に示すような配置にする。図３は図２の表示装置を投影表示装置として構成する場合の断面図であり、図３のカラー表示装置２０は、例えばメタルハライドランプ１５と放物面鏡１６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１２によって照明するようにし、そのバックライト１２が回折格子１１が略垂直に入射するようにインライン配置にされ、また、液晶表示素子１の入射側に一体にマイクロレンズアレー１０が配置されている。そして、カラー表示装置２０で変調された表示像は、表示装置２０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、明るいカラー投影像を得ることができる。なお、図３中には、表示装置２０を通過した各原色成分の光路をＲ、Ｇ、Ｂで示してある。
【００３７】
ところで、以上の説明においては、回折格子１１としては、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、振幅型等の単層あるいは１枚の透過型ホログラム又は回折格子からなるものを前提にしていたが、これに限らず、特願平７−２９０８１９号、同７−２９０８２０号記載のもののように、波長分散の空間的な波長分布は相互に略一致しており、かつ、回折効率のピーク波長が相互に異なっている２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる透過型ホログラム又は回折格子であってもよい。さらに、特願平８−２０８０７８号で提案したように、入射側の透過型ホログラム又は回折格子と射出側の透過型ホログラム又は回折格子は相互に波長分散による空間的な波長分布が異なり、かつ、回折効率分布が異なっている２枚の透過型ホログラム又は回折格子を重畳又は多重に記録されてなるものであってもよい。
【００３８】
以上、本発明の回折格子を用いたカラー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。例えば、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に整列している必要は必ずしもない。要は、回折格子１１で分散された各色の波長成分を対応す色を表示する画素の位置に集光する配置であればよい。また、液晶表示素子の代わりに他の透過型空間光変調器を用いてもよい。さらに、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成する光学素子の表面に反射防止膜等を設けることが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置によると、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズムシート組立体の１例の構成と作用を示す断面図である。
【図２】本発明の回折格子を用いたカラー表示装置の１実施例の要部断面図である。
【図３】図２のカラー表示装置を用いた投影表示装置の断面図である。
【図４】本出願人が先に提案した液晶表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
２、３…ガラス基板
４…透明対向電極
５…透明画素電極
６…液晶層
７…ブラック・マトリックス
８…入射側偏光板
９…観察側偏光板
１０…マイクロレンズアレー
１０′…微小凸レンズ
１１…ホログラムあるいは回折格子
１２…バックライト
１２Ｇ、１２Ｇ’、１２Ｇ”…緑の波長成分
１２Ｒ、１２Ｒ”…赤の波長成分
１２Ｂ、１２Ｂ”…青の波長成分
１４…照明装置
１５…メタルハライドランプ
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
２０…カラー表示装置
２５…空気層
３０…プリズムシート組立体
４０…第１のプリズムシート
４１…微小プリズム
４２…平面
４３…斜面
４４…壁面
５０…第２のプリズムシート
５１…微小プリズム
５２…平面
５３…斜面
５４…壁面
Ｒ、Ｇ、Ｂ…分色画素（画素）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color display device using a diffraction grating, and more particularly to a color display device using a diffraction grating that has a significantly improved utilization efficiency of illumination light and is bright and has good color reproducibility.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a backlight is indispensable for display in a color liquid crystal display device using an absorption color filter such as a pigment or a dye. However, just using white light as it is from behind the color liquid crystal display device, its utilization efficiency is very low. The main reasons are as follows.
[0003]
(1) The area occupied by the black matrix other than the cells of each color is large, and the light hitting it is wasted.
(2) Among white light incident on each pixel, the color components that pass through the color filters of R (red), G (green), and B (blue) are limited, so other complementary color components are wasted. End up.
(3) There is a loss due to absorption by the color filter.
[0004]
In order to solve such problems, for example, a microlens array is installed in front of the color filter, and the backlight of the white light is condensed on the color filter cells R, G, and B, respectively. Methods for increasing the utilization efficiency have been conventionally known.
[0005]
However, even with this method, since the white light 3 cannot be applied to each color filter cell R, G, B by being split, it is impossible to solve the problem (2).
[0006]
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 4-60538 proposes a liquid crystal projector that improves the light utilization efficiency by using three dichroic mirrors and a microlens array without using such a color filter. In this case, the absorption color filter using the above-mentioned pigments, dyes and the like is not necessary, and the above problems (1) to (3) are solved and the brightness of the color image is improved, but three dichroic mirrors are used. Since this is necessary, the optical system / device becomes large and bulky. In addition, there is a problem that the cost becomes high.
[0007]
Therefore, the present applicant has proposed a color liquid crystal display device using a diffraction grating in Japanese Patent Application No. 8-94128. The liquid crystal display device includes an illuminating unit that irradiates a substantially parallel light beam, a diffraction grating composed of interference fringes or gratings of parallel and uniform pitch arranged substantially vertically in the substantially parallel light beam, A light-collecting lens array disposed on the diffraction side with an inclination with respect to the surface of the diffraction grating; and a liquid crystal display element having a pixel surface disposed in the vicinity of a focal plane of the light-collecting lens array. The red wavelength component that has been wavelength-dispersed by the respective lens elements of the condensing lens array and is condensed at different positions by the red wavelength component of the liquid crystal display element is the pixel that should display red, and the green wavelength component is the pixel that should display green. The blue wavelength component is incident on each pixel to display blue. This liquid crystal display device has a very high backlight utilization efficiency, is bright, has a good color balance of the three dispersed primary colors, has good color reproducibility, is easy to assemble and manufacture with few parts, is compact, and does not cost much. Is.
[0008]
Hereinafter, the liquid crystal display device will be described with reference to FIG.
In the main part sectional view of the liquid crystal display device of FIG. 4, the overall configuration is such that the liquid crystal display element 1 disposed obliquely with respect to the substantially parallel backlight 12 from a white illumination light source (not shown) and the backlight 12 incident The incident side polarizing plate 8 disposed at any position on the side, the observation side polarizing plate 9 disposed on the observation side of the liquid crystal display element 1, and the backlight 12 of the liquid crystal display element 1 on the incident side of the backlight 12. A hologram or diffraction grating (hereinafter referred to as a diffraction grating) 11 composed of interference fringes or gratings of a group of straight lines of uniform pitch (plane group in the case of a volume type) arranged substantially perpendicular to the liquid crystal display element. 1 and the diffraction grating 11, which is arranged in parallel with the liquid crystal display element 1 on the incident side or the exit side (in the case of the figure) of the incident side polarizing plate 8. RGB three color separation pixels Consists microlens array 10 for being aligned in Ranaru sets each.
[0009]
The liquid crystal display element 1 is composed of, for example, a twisted nematic liquid crystal layer 6 sandwiched between two glass substrates 2 and 3. On the inner surface of the glass substrate 2 on the backlight side, a black matrix 7 and A uniform transparent counter electrode 4 is provided, and a transparent pixel electrode 5 and a TFT (not shown) are provided independently for each of the pixels R, G, and B on the inner surface of the glass substrate 3 on the display surface side. Further, an alignment layer (not shown) is also provided on the liquid crystal layer 6 side of the electrodes 4 and 5. Further, the incident side polarizing plate 8 and the observation side polarizing plate 9 are disposed so that their transmission axes are orthogonal to each other, for example. The observation-side polarizing plate 9 may be attached to the outer surface of the glass substrate 3, and the incident-side polarizing plate 8 may be sandwiched between the liquid crystal display element 1 and the microlens array 10 and bonded together. Alternatively, it may be disposed on the incident side of the backlight 12 of the diffraction grating 11. Further, the microlens array 10 may be bonded together with one glass substrate 2 of the liquid crystal display element 1.
[0010]
Further, the hologram or diffraction grating 11 is composed of a relief type, phase type, amplitude type or other transmission type hologram or diffraction grating that has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependency means that it is not a type that diffracts only a specific wavelength and hardly diffracts other wavelengths like a Lippmann hologram. The hologram or the diffraction grating 11 whose diffraction efficiency has little wavelength dependency diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength.
[0011]
By the way, the distance between the microlens array 10 and the black matrix 7 is set to be approximately equal to the focal length of the minute convex lens 10 'constituting the microlens array 10 (in consideration of the refractive index of the glass substrate 2). Therefore, the position where the collimated light is collected by the minute convex lens 10 ′ is the position of the opening of the black matrix 7. The micro convex lens 10 'constituting the micro lens array 10 corresponds to each of the repetition periods of the RGB color separation pixels, that is, each set of three pixels adjacent to each other in the direction in the plane of the liquid crystal display element 1. Are arranged and arranged.
[0012]
In addition, in order to increase color purity between the black matrix 7, as in the conventional color liquid crystal display device, an absorptive color filter that passes light of colors corresponding to R, G, and B color separation pixels. May be additionally arranged.
[0013]
By the way, the inclination angle α of the surface of the diffraction grating 11 with respect to the surface of the liquid crystal display element 1 is arranged as follows. That is, the red wavelength component 12R in the backlight 12 incident substantially perpendicularly to the diffraction grating 11 is transmitted diffracted by the diffraction angle theta _R, is incident on one of lenticule 10 'in the micro-lens array 10, It is defined by the aperture of the black matrix 7 and condensed on the R pixel. Similarly, the green wavelength component 12G in the backlight 12 is transmitted diffracted by the diffraction angle theta _G, incident on one of lenticule 10 'in the micro-lens array 10, is defined by the opening of the black matrix 7 the G pixel, the wavelength component 12B of blue in the backlight 12 is transmitted diffracted by the diffraction angle theta _B, incident on one of lenticule 10 'in the micro-lens array 10 is defined by an opening of the black matrix 7 The light is condensed on each of the B pixels. The inclination angle α is set so as to have such a positional relationship.
[0014]
Since the configuration is as described above, when the white backlight 12 is incident substantially perpendicularly from the surface of the diffraction grating 11 opposite to the liquid crystal display element 1, it is diffracted at different angles depending on the wavelength. Dispersed on the injection side. Each dispersed wavelength component is incident on each micro-convex lens 10 'in the microlens array 10, in which the red wavelength component 12R is at the position of the pixel R displaying red, and the green wavelength component 12G is green. The blue wavelength component 12B displays blue at the position of the pixel G to be displayed, but is condensed at the position of the pixel B. Therefore, by controlling the voltage applied between the transparent pixel electrode 4 and the transparent counter electrode 5 for each pixel of the liquid crystal display element 1 and changing its transmission state, a desired color display is performed by a combination of RGB color separation pixels. be able to.
[0015]
In such a configuration, since the transmission type diffraction grating 11 having a small wavelength dependency of diffraction efficiency composed of interference fringes or a grating having a uniform pitch can be used as a spectral element, the diffraction grating 11 can be easily manufactured and cost-effective. Is low, the diffraction efficiency of the diffraction grating 11 is high and the backlight 12 utilization efficiency is high, it is not necessary to align the diffraction grating 11 with each micro-convex lens 10 ′ of the microlens array 10, and the pitch of the microlens array 10 is This is three times the conventional case in which one microlens is arranged corresponding to each pixel, and is easy to make and align.
[0016]
Although it is conceivable to arrange the diffraction grating 11 obliquely with respect to the backlight 12, when the diffraction grating 11 is arranged substantially perpendicular to the backlight 12 as described above, the diffraction grating 11 has the same dimensions. Since the cross-sectional area of the backlight 12 is increased, the parallelism of the backlight 12 can be increased, color mixing of color components incident on each pixel RGB can be reduced, and color reproducibility can be further improved. Further, if the backlight 12 is incident on the diffraction grating 11 substantially perpendicularly, the dispersion angle can be made larger than that in the case of oblique incidence. Therefore, if the same dispersion angle is sufficient, the pitch of the diffraction grating 11 can be increased, and the diffraction grating 11 The wavelength dependence of can be reduced. Therefore, the color balance of the three separated RGB colors is improved, and color reproducibility can be further improved from this point.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the arrangement as shown in FIG. 4, the diffracted lights 12R, 12G, and 12B from the diffraction grating 11 are emitted in an oblique direction, so that a larger dispersion angle can be obtained. Since the lens array 10 must be spaced apart from the lens array 10 and the backlight 12 must be illuminated from an oblique direction with respect to the liquid crystal display element 1 and the microlens array 10, The entire apparatus 20 is bulky and large. In addition, the light 12R, 12G, and 12B of each color dispersed by the diffraction grating 11 must be incident on the entire liquid crystal display element 1, but the diffraction grating 11 having a large area for the expected angle in order to be emitted obliquely from a distant position. Must be used.
[0018]
The present invention has been made in view of such a problem of the color display device according to the previous application of the present applicant, and the object thereof is RGB3 which is bright and spectrally separated because the use efficiency of light is extremely high. The object is to provide a color display device using a diffraction grating which has a good color balance of color, can be configured with small components with a small optical system, and is compact and inexpensive.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The color display device using the diffraction grating of the present invention that achieves the above object includes an illuminating means for irradiating a substantially parallel light beam, and interference fringes of parallel and uniform pitch arranged substantially vertically in the substantially parallel light beam. Alternatively, a diffraction grating composed of a grating, a deflecting element that converts the angle of diffraction light emitted from the diffraction grating in an oblique direction into a substantially vertical direction, and a collector arranged substantially perpendicular to the diffracted light directed in the substantially vertical direction. An optical lens array and a spatial light modulator having a pixel surface disposed in the vicinity of the focal plane of the condensing lens array, and is wavelength-dispersed by the diffraction grating and varies depending on each element lens of the condensing lens array. The red wavelength component collected at the position is made incident on the pixel that should display red in the spatial light modulator, the green wavelength component on the pixel that should display green, and the blue wavelength component on the pixel that should display blue. What I did It is an feature.
[0020]
In this case, it is desirable that the element lenses of the condensing lens array are arranged with the same period as the repetition period of the set of three adjacent pixels of the spatial light modulator as one set.
[0021]
The spatial light modulator is preferably composed of a liquid crystal display element, for example.
[0022]
The diffraction grating may be composed of two or more layers or two or more layers of overlapping or multiple recording.
[0023]
In addition, it is possible to project an image including a pixel group displayed on the spatial light modulator by a projection optical system.
[0024]
In the present invention, the diffraction grating, the deflecting element, the condensing lens array, and the spatial light modulator can be arranged substantially in parallel and can irradiate a substantially parallel light beam substantially perpendicularly to the display device. The whole can be made thin and small, and since the diffraction grating is used as the spectroscopic means, the light use efficiency is extremely high and bright, and the color balance of the three separated RGB colors is good. In addition, since the diffraction grating is substantially in close contact with the spatial light modulator or the like, the size can be reduced.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Several embodiments of a color display device using the diffraction grating of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The principle of the present invention is that, in the arrangement as shown in FIG. 4, a sheet-like light deflecting means is arranged between the diffraction grating 11 and the microlens array 10 so that the diffraction grating 11 and the liquid crystal display element 1 are arranged close to each other in parallel. Thus, the backlight 12 is illuminated substantially vertically from the back so that the entire display device 20 is thin and small, and the diffraction grating 11 is also small. First, a prism sheet assembly as an example of the sheet-like light deflecting means will be described with reference to FIG.
[0026]
The prism sheet assembly 30 includes two prism sheets 40 and 50 arranged close to each other. For example, an intermediate component in a component that is obliquely diffracted by the diffraction grating 11 arranged in parallel to the incident side of the prism sheet assembly 30. The green wavelength component 12G diffracted at an angle has an action of emitting the green wavelength component 12G perpendicularly from the emission side surface of the prism sheet assembly 30. Therefore, the microlens array 10 and the liquid crystal display element 1 can be arranged in parallel to the exit side of the prism sheet assembly 30.
[0027]
That is, the prism sheet assembly 30 includes a first prism sheet 40 and a second prism sheet 50 from the incident side through the air layer 25, and the first prism sheet 40 includes micro prisms 41 having the same shape. The incident side is composed of a flat surface 42, and the exit side facing the second prism sheet 50 is composed of a sawtooth-shaped surface. The exit-side surface has a stripe-like inclined surface 43 from which the light beam 12G ′ refracted by the incident-side flat surface 42 exits substantially perpendicularly, and a stripe-like surface that is substantially perpendicular to the slope 43 without incident the light beam 12G ′. The wall surfaces 44 are connected so that they are alternately positioned at an angle. Accordingly, all the slopes 43 and the wall surfaces 44 are arranged in parallel.
[0028]
The second prism sheet 50 is formed by closely arranging micro prisms 51 having the same shape, and the exit side is formed by a flat surface 52, and the incident side facing the first prism sheet 40 is formed by a sawtooth-shaped surface. Become. The incident-side surface is refracted by the incident-side plane 42 of the first prism sheet 40, and the stripe-shaped inclined surface 53 on which the light beam 12G ′ exiting the inclined surface 43 is incident obliquely and the plane 52. And substantially vertical stripe-shaped wall surfaces 54 are connected so as to be alternately positioned at an angle. The slope 53 is set at an inclination angle that refracts the light beam 12G ′ in a direction substantially perpendicular to the plane 52 (35.5 ° in the case of FIG. 1). Therefore, all the slopes 53 and the wall surfaces 54 are arranged in parallel.
[0029]
With this arrangement, when the diffraction grating 11 is arranged in parallel to the plane 42 on the incident side of the first prism sheet 40 and the white backlight 12 is incident on the diffraction grating 11 substantially perpendicularly, the diffraction grating 11 For example, the light beam 12G having a green wavelength component diffracted at a diffraction angle of 40 ° (= θ _G ) is the refractive index of the transparent medium constituting the first prism sheet 40 on the plane 42 (1.5 in the case of FIG. 1). Is refracted at a refraction angle corresponding to (25 ° in the case of FIG. 1), and exits vertically from the inclined surface 43 on the exit side. The parallel light beam 12G ′ emitted from the first prism sheet 40 passes through the air layer 25 and enters the incident side inclined surface 53 of the second prism sheet 50 at a predetermined incident angle (60.5 ° in the case of FIG. 1). The refraction angle (35.5 ° with respect to the normal of the slope 53 in the case of FIG. 1) according to the refractive index (1.5 in the case of FIG. 1) of the transparent medium that is incident and constitutes the second prism sheet 50. ) And is emitted as a parallel light beam 12G ″ perpendicularly from the plane 52 on the exit side.
[0030]
The red wavelength component 12R and the blue wavelength component 12B diffracted by the diffraction grating 11 at diffraction angles θ _R and θ _B different from the green wavelength component 12G are incident angles corresponding to the diffraction angles θ _R and θ _B , respectively. A green wavelength that is incident on the plane 42 of the first prism sheet 40 and exits from the plane 52 of the second prism sheet 50 at an exit angle corresponding to the incident angle, but is emitted vertically from the second prism sheet 50. A red wavelength component 12R ″ is positioned to the right of the component 12G ″ and a blue wavelength component 12B ″ is positioned to the left of the green wavelength component 12G ″.
[0031]
Therefore, using such a prism sheet assembly 30, as shown in FIG. 2, the diffraction grating 11 similar to FIG. 4 and the prism of FIG. A display device 20 is configured by arranging a sheet assembly 30, an incident side polarizing plate 8, a microlens array 10 similar to FIG. 4, a liquid crystal display element 1 similar to FIG. 4, and an observation side polarizing plate 9 in parallel. Can do. 2, the prism sheet assembly 30 of FIG. 1 is inserted between the diffraction grating 11 and the incident side polarizing plate 8 in FIG. 4, and the diffraction grating 11 and the prism sheet assembly 30 are connected to the incident side polarizing plate. 8, the microlens array 10, the liquid crystal display element 1, and the observation side polarizing plate 9 are arranged in parallel, but the rest is the same, and the configuration of the liquid crystal display element 1, diffraction grating 11, microlens array 10, etc. is the same. is there.
[0032]
In such a configuration, when the white backlight 12 is incident substantially perpendicularly from the surface opposite to the liquid crystal display element 1 of the diffraction grating 11, the red wavelength component 12R and the green wavelength component are inclined at different oblique angles depending on the wavelength. The wavelength component 12G and the blue wavelength component 12B are diffracted and dispersed on the exit side of the diffraction grating 11. Each dispersed wavelength component is deflected by the prism sheet assembly 30 so that the green wavelength component 12G ″ is substantially perpendicular to the second prism sheet 50 and is red at a predetermined angle to the right of the green wavelength component 12G ″. The wavelength component 12R ″ is angle-converted so that the blue wavelength component 12B ″ is positioned at a predetermined angle on the left side, and is incident on each minute convex lens 10 ′ in the microlens array 10, and the red wavelength component therein 12R is condensed at the position of the pixel R for displaying red, the green wavelength component 12G is displayed at the position of the pixel G for displaying green, and the blue wavelength component 12B is displayed at the position of the pixel B while displaying blue. Therefore, by controlling the voltage applied between the transparent pixel electrode 4 and the transparent counter electrode 5 for each pixel of the liquid crystal display element 1 and changing its transmission state, a desired color display is performed by a combination of RGB color separation pixels. be able to.
[0033]
In such a display device 20, the diffraction grating 11, the prism sheet assembly 30, the incident side polarizing plate 8, the microlens array 10, the liquid crystal display element 1, and the observation side polarizing plate 9 can be arranged substantially in parallel. Since the white backlight 12 can be incident substantially perpendicularly thereto, the entire display device 20 can be made thin and small, and the diffraction grating 11 is used as the spectroscopic means. Is very high and bright, and has a good color balance of the three separated RGB colors. In addition, since the diffraction grating 11 is substantially in close contact with the liquid crystal display element 1 or the like, the size can be reduced.
[0034]
Incidentally, in the configuration of the prism sheet assembly 30 in FIG. 1, a medium such as an adhesive having a refractive index different from that of the prism sheets 40 and 50 may be used instead of the air layer 25. Alternatively, the diffraction grating 11 and the first prism sheet 40 may be directly bonded without an air layer. In addition, it is desirable to coat the entrance side and exit side surfaces of the prism sheets 40 and 50, particularly the flat surfaces 42 and 52, and the inclined surfaces 43 and 53 with an antireflection film. Further, it is desirable to coat the wall surfaces 44 and 54 that do not perform an optical action with a light absorption film.
[0035]
Note that the prism sheet assembly 30 of the above embodiment is merely an example, and instead of the two prism sheets 40 and 50, one prism sheet having the same shape as the second prism sheet 50 is used. It may be used. Or you may use what closely arranged the minute reflective prism of the same shape.
[0036]
Next, the display device 20 of the present invention having the configuration shown in FIG. 2 can be used as it is as a direct-view display device, or as a projection display device using a spatial light modulation element for projection display. it can. For use as a direct-view display device, it is desirable to provide a diffusion layer on the observation side of the liquid crystal display element 1. For use as a projection display device, for example, an arrangement as shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the case where the display device of FIG. 2 is configured as a projection display device. The color display device 20 of FIG. 3 includes an illumination device 14 including a combination of a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 16, for example. Illumination is performed by a white parallel backlight 12, and the backlight 12 is arranged in-line so that the diffraction grating 11 is incident substantially vertically, and the microlens array 10 is integrally formed on the incident side of the liquid crystal display element 1. Is arranged. The display image modulated by the color display device 20 passes through the field lens 17 disposed in the vicinity of the display device 20, is enlarged by the projection lens 18, is enlarged and formed on the screen 19, and a bright color projection image is obtained. Can be obtained. In FIG. 3, the optical path of each primary color component that has passed through the display device 20 is indicated by R, G, and B.
[0037]
By the way, in the above description, the diffraction grating 11 is composed of a single layer of relief type, phase type, amplitude type or the like, or one transmission type hologram or diffraction grating, which has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency. However, the present invention is not limited to this, and the spatial wavelength distributions of chromatic dispersion are substantially identical to each other as described in Japanese Patent Application Nos. 7-290820 and 7-290820, and Alternatively, it may be a transmission hologram or diffraction grating in which two or more or two or more layers having different diffraction efficiency peak wavelengths are superimposed or multiplexed. Further, as proposed in Japanese Patent Application No. Hei 8-207878, the transmission hologram or diffraction grating on the incident side and the transmission hologram or diffraction grating on the exit side have different spatial wavelength distributions due to wavelength dispersion, and Two transmissive holograms or diffraction gratings having different diffraction efficiency distributions may be superimposed or recorded in multiple.
[0038]
As described above, the color display device using the diffraction grating of the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made. For example, the microconvex lens 10 ′ constituting the microlens array 10 does not necessarily have to be aligned with each set of three pixels adjacent in the direction in the plane of the liquid crystal display element 1. In short, any arrangement may be used as long as the wavelength components of the respective colors dispersed by the diffraction grating 11 are condensed at the position of the pixel displaying the corresponding color. Further, other transmissive spatial light modulators may be used instead of the liquid crystal display elements. Furthermore, it is desirable to provide an antireflection film or the like on the surface of an optical element that constitutes the diffraction grating 11, the microlens array 10, or the like.
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the color display device using the diffraction grating of the present invention, the diffraction grating, the deflecting element, the condensing lens array, and the spatial light modulator can be arranged substantially in parallel. In addition, since it is possible to irradiate a substantially parallel light beam substantially perpendicularly to the display device, the entire display device can be made thin and small, and since a diffraction grating is used as a spectroscopic means, the light utilization efficiency is extremely high. It is bright and has a good color balance of the three separated RGB colors. In addition, since the diffraction grating is substantially in close contact with the spatial light modulator or the like, the size can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration and operation of an example of a prism sheet assembly.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of one embodiment of a color display device using the diffraction grating of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a projection display device using the color display device of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a liquid crystal display device previously proposed by the present applicant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display element 2, 3 ... Glass substrate 4 ... Transparent counter electrode 5 ... Transparent pixel electrode 6 ... Liquid crystal layer 7 ... Black matrix 8 ... Incident side polarizing plate 9 ... Observation side polarizing plate 10 ... Micro lens array 10 '... Micro convex lens 11 ... Hologram or diffraction grating 12 ... Back light 12G, 12G ', 12G "... Green wavelength component 12R, 12R" ... Red wavelength component 12B, 12B "... Blue wavelength component 14 ... Illumination device 15 ... Metal halide lamp DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Parabolic mirror 17 ... Field lens 18 ... Projection lens 19 ... Screen 20 ... Color display device 25 ... Air layer 30 ... Prism sheet assembly 40 ... First prism sheet 41 ... Micro prism 42 ... Plane 43 ... Slope 44 ... wall surface 50 ... second prism sheet 51 ... minute prism 52 ... flat surface 53 ... slope 54 ... wall surface R, G, B ... color separation pixel (image) Elementary)

Claims

Illumination means for irradiating a substantially parallel light beam, a diffraction grating composed of parallel and uniform pitch interference fringes or gratings arranged substantially vertically in the substantially parallel light beam, and diffraction emitted in an oblique direction from the diffraction grating A deflection element for converting the angle of light in a substantially vertical direction, a condensing lens array arranged substantially perpendicular to the diffracted light directed in the substantially vertical direction, and a pixel in the vicinity of the focal plane of the condensing lens array A spatial light modulator having a surface disposed thereon, and a red wavelength component that is wavelength-dispersed by the diffraction grating and condensed at different positions by each element lens of the condensing lens array. A color display device using a diffraction grating, wherein a green wavelength component is incident on a pixel to display green and a blue wavelength component is incident on a pixel to display blue on the pixel to be displayed.

2. The diffraction according to claim 1, wherein the element lenses of the condensing lens array are arranged with the same period as the repetition period of the set of three adjacent pixels of the spatial light modulator as one set. Color display device using a grid.

3. A color display device using a diffraction grating according to claim 1, wherein the spatial light modulator is a liquid crystal display element.

The color display device using a diffraction grating according to any one of claims 1 to 3, wherein the diffraction grating comprises a diffraction grating formed by superposition or multiple recording of two or more layers or two or more layers.

5. The color using a diffraction grating according to claim 1, wherein an image including a pixel group displayed on the spatial light modulator is projected by a projection optical system. 6. Display device.