JP3627944B2 - 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
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Description
【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係わり、特に、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、良好な画像を表示す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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置用のカラーフィルターとして、従来の波長吸収型のものと比較して、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へ入射でき、バックライトの利用効率を大幅に向上させるものとして、本出願人は、特願平５−１２１７０号等において、ホログラムカラーフィルターを提案した。
【０００３】
その構成には２つのタイプがあり、第１のタイプは、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。第２のタイプは、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れに重畳したマイクロレンズアレーとからなるものである。
【０００４】
以下、簡単にこれらのホログラムカラーフィルターについて説明する。
図４の断面図を参照にして第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の入射側に、このホログラム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。
【０００５】
液晶表示素子６の背面には、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【０００８】
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面に略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。
【０００９】
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。
【００１０】
なお、図４ではブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の出射側に配置してもよいものである。
【００１１】
次に、図５の断面図を参照にして第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１０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。
【００１２】
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。
【００１３】
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の出射側に分散される。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。
【００１４】
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場合の３倍になり、作り易く且つ整列しやすい点に特徴がある。
【００１５】
また、図５の変形として、図６に示すように、マイクロレンズアレー８及び液晶表示素子６の配置を図５の通りとし、回折格子の作用をする平行で一様な干渉縞からなるホログラム７をマイクロレンズアレー８から分離してバックライト３中にその進行方向に対して略垂直になるように配置してもよい。この構成でも図５に示す構成と同様に、バックライト３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、その利用効率を大幅に向上させたカラーフィルターを実現することができる。
【００１６】
なお、図５、図６においてはブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の出射側に配置してもよいものであることは当然である。
【００１７】
ところが、図４あるいは図５または図６に示すものにおいては、バックライト３がホログラムカラーフィルター５、１０で回折されずに透過してしまう成分（０次透過光）が相当存在し、これが余分な光となって、カラー液晶表示装置の色再現性、コントラストが低下するという問題があった。
【００１８】
そこで、本出願人は、特願平７−２９２３０２号において、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすると共に、表示画像が観測できる視野角を広げたホログラムカラーフィルターを用いた直視型のカラー液晶表示装置を提案した。
【００１９】
その構成例を図７に断面図で示す。図７において用いているホログラムカラーフィルター５は、図４に示す微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルター５であるが、図５に示すような、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れに重畳したマイクロレンズアレーからなるホログラムカラーフィルター１０も同様に適用できることは当然である。更に、図６に示す構成のカラーフィルター１０を採用してもよい。この点に関しては以下同様である。
【００２０】
図７の断面図において、液晶表示素子２０は、例えば２枚のガラス基板２１、２２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層２４からなり、一方のガラス基板２２内表面には一様な透明対向電極（図示省略）が設けられ、他方のガラス基板２１内表面はに液晶セルＲ，Ｇ，Ｂ毎に独立に透明表示電極（図示省略）が設けられ、また、透明表示電極間には、液晶セルＲ，Ｇ，Ｂ間を区切り、余分な光が隣接する液晶セルに入らないようにするブラック・マトリックス２３が配置されている。
【００２１】
したがって、セル毎に透明表示電極と透明表示電極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、一組の液晶セルＲ，Ｇ，Ｂからなる画素の表示色を制御することができ、カラー表示が可能になる。ホログラムカラーフィルター５側のガラス基板２１外表面には偏光板２５が、観察側のガラス基板２２外表面には偏光板２６がそれぞれ貼り付けられており、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。そして、このような液晶表示素子２０の入射側には、図４の５で示すカラーフィルターまたは図５の１０で示すカラーフィルターあるいは図６の１０で示すカラーフィルターの何れかのカラーフィルターが配置されている。
【００２２】
そして、カラーフィルター５と液晶表示素子２０の間にルーバー１４が配置されている。ルーバー１４は透明板１２内に黒色の平面状の薄い吸収層１３を一定間隔で平行に配置してなるものであり、一定入射角度以上及び一定入射角度以下の光が吸収層１３に当たって吸収され透過できなくなるもので、透明板１２の厚さと吸収層１３間の間隔と透明板１２の平面に対する吸収層１３がなす角度とに応じて所定範囲の入射角度、例えば２４°± ６°の間の光のみを通す。
【００２３】
したがって、バックライト３の入射角θを例えば４０°に設定したホログラムカラーフィルター５の場合には、このルーバー１４によって、波長分散した回折光を何ら遮断することなく、余分な光の原因となる０次透過光９を完全に遮断することができる。なお、ルーバー１４は、液晶表示素子２０の出射側、即ち観察者側に配置してもよい。
【００２４】
また、液晶表示素子２０の出射側には拡散層１５が配置されている。拡散層１５としては、透明媒体内に屈折率の異なる微粒子を分散させた層等を用いるが、その代わりに、スリガラスのような拡散板を用いてもよい。
【００２５】
このような配置であるので、白色バックライト３は各微小ホログラム５′によって各色成分に分光され、分光されない０次透過光９はルーバー１４の吸収層１３に当たって完全に遮断され、液晶表示素子２０には達しない。分光された各色成分は偏光板２５を通過して直線偏光にされ、その中の赤成分は液晶セルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、それぞれの色成分は対応する液晶セルＲ，Ｇ，Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回転されて通過し、他方の偏光板２６によりその状態が強度変調された光として顕在化し、観察者の眼に達する。３つの液晶セルＲ，Ｇ，Ｂの組を１つの画素とし、その中の通過波長成分の割合によって異なる色の画素として表示される。その表示光は、拡散層１５により広い視野角に拡散されるので、液晶表示素子２０に面する広い観察角方向から見ることができる。
【００２６】
このように、図７に示す構成においては、ルーバー１４によって０次透過光９が完全に遮断でき、また、拡散層１５によって発散角の狭い液晶表示素子６からの変調出射光を拡散光に変換するので、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすることができると共に、表示画像が観測できる視野角を広げることができる。
【００２７】
なお、図７に示す構成ではブラック・マトリックス２３は液晶層２４の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス２３は液晶層２４の出射側に配置してもよいものであることは当然である。
【００２８】
また、図８を参照して他の構成例を説明する。図８の構成が図７の構成と異なる点は、ルーバー１４と拡散層１５を用いる代わりに、液晶表示素子２０の出射側に、レンチキュラーレンズスクリーン１９が配置されている点である。
【００２９】
レンチキュラーレンズスクリーン１９は、透過型スクリーンとして公知のもので、透明板状体で構成され、液晶表示素子２０側に、ピッチが微小ホログラム５′のピッチと同じであり、Ｒ，Ｇ，Ｂの分色画素の繰り返し周期と同じのレンチキュラーレンズ面、すなわち、円筒レンズ面アレー１６を有し、その円筒レンズ面による集光部近傍の観察者側に透過開口部１７が設けられ、透過開口部１７間の表面は、ブラック・マトリックス２３と同様、黒色吸収性の遮光部１８になっている。そして、レンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面はＲ，Ｇ，Ｂの分色画素の組各々に対して位置合わせされて配置されている。
【００３０】
このような配置であるので、白色バックライト３は各微小ホログラム５′によって分光されない０次透過光９とそこで分光された各色成分に分かれ、分光されない０次透過光９は直進し、分光された各色成分は偏光板２５を通過して直進偏光され、その中の赤成分は液晶セルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、それぞれの色成分は対応する液晶セルＲ，Ｇ，Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回転されて通過し、他方の偏光板２６によりその状態が強度変調された光として顕在化し、レンチキュラーレンズスクリーン１９に達する。そのレンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面により、各色成分は透過開口部１７へ再度集光され、レンチキュラーレンズスクリーン１９を通過して観察者の眼に達する。この透過開口部１７の出射面は拡散面になっており、液晶表示素子２０に面する広い観察角方向から透過開口部１７を透過した表示画像を見ることができる。これに対し、直進した０次透過光９は遮光部１８上に集光するので、完全に遮断される。
【００３１】
このように、この構成においては、レンチキュラーレンズスクリーン１９の光吸収部１８によって０次透過光９が完全に遮断でき、また、レンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面による発散角拡大作用と透過開口部１７の拡散面の拡散作用によって、液晶表示素子６からの変調出射光を拡散角の広い拡散光に変換するので、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすることができると共に、表示画像が観測できる視野角を広げることができる。
【００３２】
なお、この構成において、透過開口部１７の出射面を拡散面にする代わりに、図７に示す構成のように、別に拡散層あるいは拡散板を設けてもよい。また、図８ではブラック・マトリックス２３は液晶層２４の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス２３は液晶層２４の出射側に配置してもよい。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７、図８に示す構成においては、ブラック・マトリックスの隣接する開口を通過した光が混ざり合うことによって、表示画像において混色が生じたり、あるいは表示画像がぼけるという問題があることがわかった。
【００３４】
この原因としては、ホログラムカラーフィルタ５によって波長分散された赤成分、緑成分、青成分の各成分の光の集光距離が異なることがあげられる。即ち、ホログラムカラーフィルター５を構成する微小ホログラム５′によって回折された赤成分、緑成分、青成分の集光位置は、微小ホログラム５′から全てが同じ距離にあるのではなく、実際には若干の違いがある。
【００３５】
具体的には図９に示すように、赤成分の集光距離が最も短く、青成分の集光距離が最も長く、緑成分の集光距離はその中間にある。そのため、通常、中間の緑成分の集光位置に合わせてブラックマトリックス４を配置するが、そうすると赤成分はブラック・マトリックス４の前側で、青成分はブラック・マトリックス４の後側（出射側）で集光し、赤成分はブラック・マトリックス４の前側（入射側）で集光する。
【００３６】
つまり、ブラック・マトリックス４上では、緑成分のスポット径に比べて、青成分、赤成分のスポット径は大きくなり、更にこれらの各成分の光はガラス基板２２（図７、図８）を通過する際に拡散するので、ブラック・マトリックス４の隣接する開口を通過した成分光が混ざり合うことになり、このことによって、カラー画像が表示される場合には混色が観察され、白黒画像が表示される場合には画像のぼけが観察されることになるのである。
【００３７】
ところで、この対策としては次のような方法が考えられる。まず、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離を長くすることが考えられる。つまり、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離、即ち、図７、図８におけるホログラムカラーフィルター５からブラック・マトリックス２３までの距離を長くすれば、図７の拡散層１５あるいは図８のレンチキュラーレンズスクリーン１９上での像の広がりは相対的に小さくなると考えられるからである。
【００３８】
しかし、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離は、バックライト３の入射角度と、ホログラムカラーフィルター５を構成する微小ホログラム５′のピッチによって一義的に定まるものであるので、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離を任意に長くすることはできない。
【００３９】
次に、バックライト３の入射角度を変えることが考えられる。なぜなら、上述したようにホログラムカラーフィルター５の焦点距離はバックライト３の入射角度の関数であるので、バックライト３の入射角度を変えればホログラムカラーフィルター５の焦点距離を長くできることが期待できるからである。
【００４０】
しかし、この方法も得策ではない。つまり、バックライト３の入射角度を変えるとホログラムカラーフィルター５の１次回折光の回折光率や波長依存性に悪影響を与えるので、バックライト３の入射角度を任意に選択することはできないのである。
【００４１】
さらに、図７、図８のガラス基板２２を薄くすることが考えられる。ガラス基板２２を薄くすれば、ブラック・マトリックス２３の開口を通過した光の拡散を小さくすることができるからである。
【００４２】
しかし、この方法も実現するのは難しい。このガラス基板２２は液晶層２４のセルギャップを保持するために高度の平面性が要求されるばかりでなく、所定の機械的強度も要求されるので、薄くすることが難しいのである。
【００４３】
本発明は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、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、良好な画像を表示す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提供することにある。
【００４４】
【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、液晶表示素子の出射側に配置された拡散層と、液晶表示素子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出射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からなる液晶表示装置において、ブラック・マトリックスが配置されてなり、そのブラック・マトリックスの出射側に、ブラック・マトリックスに接して、ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造を有することを特徴とするものである。
【００４６】
ここで、ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造は、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応したレンズで構成することもでき、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応するプリズムで構成することもでき、ＧＲＩＮレンズアレーで構成することもできる。
【００４７】
この発明によれば、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された構造によって拡散するのを抑制されることになるので、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができるものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
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の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、図７に示すものと同じものについては同一の符号を付して重複する説明を省略することにする。
【００４９】
図１の断面図を参照して本発明によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態について説明する。この図において用いているホログラムカラーフィルター５は、図４に示す微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルター５であるが、図５に示すように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れに重畳したマイクロレンズアレーからなるホログラムカラーフィルター１０を用いることができることは当然である。更には図６に示すホログラムカラーフィー１０を用いることができる。この点については以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００５０】
図１の断面図においては、液晶層２４とブラック・マトリックス２３との位置関係は図４〜図８に示す構成とは逆になっているが、上述したように液晶層２４はブラック・マトリックス２３の入射側に配置してもよいものであり、しかも、拡散層１５を用いていることから明らかなようにこのカラー液晶表示装置は直視型であるので、液晶層２４はブラック・マトリックス２３の入射側に配置するのが望ましいので、図１に示す構成となされているのである。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同じである。
【００５１】
ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてレンズ部３０が形成されている。このレンズ部３０は、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応して形成されている。
【００５２】
このレンズ部３０は、例えば、ガラス基板２２のブラック・マトリックス２３側の表面に、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応したサイズで所望のレンズ特性を有する形状に凹部を形成し、その凹部に、ガラス基板２２の屈折率より大きい屈折率を有するポリマーを注入し、その後表面を平坦化することによって構成することができる。
【００５３】
この構成によれば、ポリマーとガラス基板２２との屈折率差によってレンズ効果を持たせることができるので、図示する光線図のように、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光は拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００５４】
次に、図２の断面図を参照して、第２の実施形態について説明する。
この実施形態では、ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてプリズム部３１が形成されている。このプリズム部３１は、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応して形成されている。
【００５５】
このプリズム部３１は、例えば、ガラス基板２２のブラック・マトリックス２３側の表面に、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応するサイズで、プリズムを構成できる形状に凹部を形成し、その凹部に、ガラス基板２２の屈折率より大きい屈折率を有するポリマーを注入し、その後表面を平坦化することによって構成することができる。
【００５６】
この構成によれば、ポリマーとガラス基板２２との屈折率差によってプリズム効果を持たせることができるので、図示する光線図のように、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光は拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００５７】
次に、図３の断面図を参照して、第３の実施形態について説明する。
この実施形態では、ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてＧＲＩＮレンズアレー３２が配置されている。なお、ＧＲＩＮレンズアレーについては周知であるので、図３ではその詳細な構造は省略している。
【００５８】
この図３で示す構成は、周知の方法でＧＲＩＮレンズアレーを形成し、それをブラック・マトリックス２３とガラス基板２２によって挟持すればよい。
【００５９】
図３では光線図は省略するが、この構成によれば、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光はＧＲＩＮレンズアレー３２によって拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００６０】
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の実施形態を説明したが、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、上記実施形態においてはスクリーンとして拡散層１５を用いるものとしたが、これは一般的に光拡散手段であってよいものであり、図８に示すようなレンチキュラーレンズスクリーン１９を用いてもよいものである。
【００６１】
また、ホログラムカラーフィルターのホログラム５，７としては、単層あるいは１枚のホログラムからなるものに限らず、特願平７−２９０８１９号、特願平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、且つ、回折効率のピーク波長が相互に異なっている２枚あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなるホログラムからなるものであってもよい。
【００６２】
【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れば、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された構造によって拡散するのを抑制され、あるいは、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された光拡散手段上に表示されることになるので、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光が拡散するのを最小限に留めることができ、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、以て良好な画像を表示することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の第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。
【図５】従来の第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。
【図６】図５の変形例を示す液晶表示装置の断面図である。
【図７】本出願人が特願平７−２９２３０２号において提案したホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の一構成例を示す断面図である。
【図８】本出願人が特願平７−２９２３０２号において提案したホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の他の構成例を示す断面図である。
【図９】ホログラムカラーフィルタ５によって波長分散された赤成分、緑成分、青成分の各成分の光の集光距離が異なることを説明するための図である。
【符号の説明】
３…バックライト
５…ホログラムカラーフィルター
５′…微小ホログラム
６…液晶表示素子
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
９…０次透過光
１０…ホログラムカラーフィルター
１１…透明基板
１２…透明板
１３…吸収層
１４…ルーバー
１５…拡散層
１６…レンチキュラーレンズ面
１７…透過開口部
１８…遮光部
１９…レンチキュラーレンズスクリーン
２０…液晶表示素子
２１、２２…ガラス基板
２３…ブラック・マトリックス
２４…液晶層
２５、２６…偏光板
３０…レンズ部
３１…プリズム部
３２…ＧＲＩＮレンズアレー
【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係わり、特に、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、良好な画像を表示す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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置用のカラーフィルターとして、従来の波長吸収型のものと比較して、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へ入射でき、バックライトの利用効率を大幅に向上させるものとして、本出願人は、特願平５−１２１７０号等において、ホログラムカラーフィルターを提案した。
【０００３】
その構成には２つのタイプがあり、第１のタイプは、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。第２のタイプは、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れに重畳したマイクロレンズアレーとからなるものである。
【０００４】
以下、簡単にこれらのホログラムカラーフィルターについて説明する。
図４の断面図を参照にして第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の入射側に、このホログラム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。
【０００５】
液晶表示素子６の背面には、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【０００８】
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面に略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。
【０００９】
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。
【００１０】
なお、図４ではブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の出射側に配置してもよいものである。
【００１１】
次に、図５の断面図を参照にして第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１０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。
【００１２】
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。
【００１３】
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の出射側に分散される。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。
【００１４】
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場合の３倍になり、作り易く且つ整列しやすい点に特徴がある。
【００１５】
また、図５の変形として、図６に示すように、マイクロレンズアレー８及び液晶表示素子６の配置を図５の通りとし、回折格子の作用をする平行で一様な干渉縞からなるホログラム７をマイクロレンズアレー８から分離してバックライト３中にその進行方向に対して略垂直になるように配置してもよい。この構成でも図５に示す構成と同様に、バックライト３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、その利用効率を大幅に向上させたカラーフィルターを実現することができる。
【００１６】
なお、図５、図６においてはブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス４は液晶表示素子６の出射側に配置してもよいものであることは当然である。
【００１７】
ところが、図４あるいは図５または図６に示すものにおいては、バックライト３がホログラムカラーフィルター５、１０で回折されずに透過してしまう成分（０次透過光）が相当存在し、これが余分な光となって、カラー液晶表示装置の色再現性、コントラストが低下するという問題があった。
【００１８】
そこで、本出願人は、特願平７−２９２３０２号において、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすると共に、表示画像が観測できる視野角を広げたホログラムカラーフィルターを用いた直視型のカラー液晶表示装置を提案した。
【００１９】
その構成例を図７に断面図で示す。図７において用いているホログラムカラーフィルター５は、図４に示す微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルター５であるが、図５に示すような、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れに重畳したマイクロレンズアレーからなるホログラムカラーフィルター１０も同様に適用できることは当然である。更に、図６に示す構成のカラーフィルター１０を採用してもよい。この点に関しては以下同様である。
【００２０】
図７の断面図において、液晶表示素子２０は、例えば２枚のガラス基板２１、２２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層２４からなり、一方のガラス基板２２内表面には一様な透明対向電極（図示省略）が設けられ、他方のガラス基板２１内表面はに液晶セルＲ，Ｇ，Ｂ毎に独立に透明表示電極（図示省略）が設けられ、また、透明表示電極間には、液晶セルＲ，Ｇ，Ｂ間を区切り、余分な光が隣接する液晶セルに入らないようにするブラック・マトリックス２３が配置されている。
【００２１】
したがって、セル毎に透明表示電極と透明表示電極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、一組の液晶セルＲ，Ｇ，Ｂからなる画素の表示色を制御することができ、カラー表示が可能になる。ホログラムカラーフィルター５側のガラス基板２１外表面には偏光板２５が、観察側のガラス基板２２外表面には偏光板２６がそれぞれ貼り付けられており、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。そして、このような液晶表示素子２０の入射側には、図４の５で示すカラーフィルターまたは図５の１０で示すカラーフィルターあるいは図６の１０で示すカラーフィルターの何れかのカラーフィルターが配置されている。
【００２２】
そして、カラーフィルター５と液晶表示素子２０の間にルーバー１４が配置されている。ルーバー１４は透明板１２内に黒色の平面状の薄い吸収層１３を一定間隔で平行に配置してなるものであり、一定入射角度以上及び一定入射角度以下の光が吸収層１３に当たって吸収され透過できなくなるもので、透明板１２の厚さと吸収層１３間の間隔と透明板１２の平面に対する吸収層１３がなす角度とに応じて所定範囲の入射角度、例えば２４°± ６°の間の光のみを通す。
【００２３】
したがって、バックライト３の入射角θを例えば４０°に設定したホログラムカラーフィルター５の場合には、このルーバー１４によって、波長分散した回折光を何ら遮断することなく、余分な光の原因となる０次透過光９を完全に遮断することができる。なお、ルーバー１４は、液晶表示素子２０の出射側、即ち観察者側に配置してもよい。
【００２４】
また、液晶表示素子２０の出射側には拡散層１５が配置されている。拡散層１５としては、透明媒体内に屈折率の異なる微粒子を分散させた層等を用いるが、その代わりに、スリガラスのような拡散板を用いてもよい。
【００２５】
このような配置であるので、白色バックライト３は各微小ホログラム５′によって各色成分に分光され、分光されない０次透過光９はルーバー１４の吸収層１３に当たって完全に遮断され、液晶表示素子２０には達しない。分光された各色成分は偏光板２５を通過して直線偏光にされ、その中の赤成分は液晶セルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、それぞれの色成分は対応する液晶セルＲ，Ｇ，Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回転されて通過し、他方の偏光板２６によりその状態が強度変調された光として顕在化し、観察者の眼に達する。３つの液晶セルＲ，Ｇ，Ｂの組を１つの画素とし、その中の通過波長成分の割合によって異なる色の画素として表示される。その表示光は、拡散層１５により広い視野角に拡散されるので、液晶表示素子２０に面する広い観察角方向から見ることができる。
【００２６】
このように、図７に示す構成においては、ルーバー１４によって０次透過光９が完全に遮断でき、また、拡散層１５によって発散角の狭い液晶表示素子６からの変調出射光を拡散光に変換するので、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすることができると共に、表示画像が観測できる視野角を広げることができる。
【００２７】
なお、図７に示す構成ではブラック・マトリックス２３は液晶層２４の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス２３は液晶層２４の出射側に配置してもよいものであることは当然である。
【００２８】
また、図８を参照して他の構成例を説明する。図８の構成が図７の構成と異なる点は、ルーバー１４と拡散層１５を用いる代わりに、液晶表示素子２０の出射側に、レンチキュラーレンズスクリーン１９が配置されている点である。
【００２９】
レンチキュラーレンズスクリーン１９は、透過型スクリーンとして公知のもので、透明板状体で構成され、液晶表示素子２０側に、ピッチが微小ホログラム５′のピッチと同じであり、Ｒ，Ｇ，Ｂの分色画素の繰り返し周期と同じのレンチキュラーレンズ面、すなわち、円筒レンズ面アレー１６を有し、その円筒レンズ面による集光部近傍の観察者側に透過開口部１７が設けられ、透過開口部１７間の表面は、ブラック・マトリックス２３と同様、黒色吸収性の遮光部１８になっている。そして、レンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面はＲ，Ｇ，Ｂの分色画素の組各々に対して位置合わせされて配置されている。
【００３０】
このような配置であるので、白色バックライト３は各微小ホログラム５′によって分光されない０次透過光９とそこで分光された各色成分に分かれ、分光されない０次透過光９は直進し、分光された各色成分は偏光板２５を通過して直進偏光され、その中の赤成分は液晶セルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、それぞれの色成分は対応する液晶セルＲ，Ｇ，Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回転されて通過し、他方の偏光板２６によりその状態が強度変調された光として顕在化し、レンチキュラーレンズスクリーン１９に達する。そのレンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面により、各色成分は透過開口部１７へ再度集光され、レンチキュラーレンズスクリーン１９を通過して観察者の眼に達する。この透過開口部１７の出射面は拡散面になっており、液晶表示素子２０に面する広い観察角方向から透過開口部１７を透過した表示画像を見ることができる。これに対し、直進した０次透過光９は遮光部１８上に集光するので、完全に遮断される。
【００３１】
このように、この構成においては、レンチキュラーレンズスクリーン１９の光吸収部１８によって０次透過光９が完全に遮断でき、また、レンチキュラーレンズ面１６の各円筒レンズ面による発散角拡大作用と透過開口部１７の拡散面の拡散作用によって、液晶表示素子６からの変調出射光を拡散角の広い拡散光に変換するので、０次透過光を除去して色再現性、コントラストを良好にすることができると共に、表示画像が観測できる視野角を広げることができる。
【００３２】
なお、この構成において、透過開口部１７の出射面を拡散面にする代わりに、図７に示す構成のように、別に拡散層あるいは拡散板を設けてもよい。また、図８ではブラック・マトリックス２３は液晶層２４の入射側に配置されているが、ブラック・マトリックス２３は液晶層２４の出射側に配置してもよい。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７、図８に示す構成においては、ブラック・マトリックスの隣接する開口を通過した光が混ざり合うことによって、表示画像において混色が生じたり、あるいは表示画像がぼけるという問題があることがわかった。
【００３４】
この原因としては、ホログラムカラーフィルタ５によって波長分散された赤成分、緑成分、青成分の各成分の光の集光距離が異なることがあげられる。即ち、ホログラムカラーフィルター５を構成する微小ホログラム５′によって回折された赤成分、緑成分、青成分の集光位置は、微小ホログラム５′から全てが同じ距離にあるのではなく、実際には若干の違いがある。
【００３５】
具体的には図９に示すように、赤成分の集光距離が最も短く、青成分の集光距離が最も長く、緑成分の集光距離はその中間にある。そのため、通常、中間の緑成分の集光位置に合わせてブラックマトリックス４を配置するが、そうすると赤成分はブラック・マトリックス４の前側で、青成分はブラック・マトリックス４の後側（出射側）で集光し、赤成分はブラック・マトリックス４の前側（入射側）で集光する。
【００３６】
つまり、ブラック・マトリックス４上では、緑成分のスポット径に比べて、青成分、赤成分のスポット径は大きくなり、更にこれらの各成分の光はガラス基板２２（図７、図８）を通過する際に拡散するので、ブラック・マトリックス４の隣接する開口を通過した成分光が混ざり合うことになり、このことによって、カラー画像が表示される場合には混色が観察され、白黒画像が表示される場合には画像のぼけが観察されることになるのである。
【００３７】
ところで、この対策としては次のような方法が考えられる。まず、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離を長くすることが考えられる。つまり、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離、即ち、図７、図８におけるホログラムカラーフィルター５からブラック・マトリックス２３までの距離を長くすれば、図７の拡散層１５あるいは図８のレンチキュラーレンズスクリーン１９上での像の広がりは相対的に小さくなると考えられるからである。
【００３８】
しかし、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離は、バックライト３の入射角度と、ホログラムカラーフィルター５を構成する微小ホログラム５′のピッチによって一義的に定まるものであるので、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離を任意に長くすることはできない。
【００３９】
次に、バックライト３の入射角度を変えることが考えられる。なぜなら、上述したようにホログラムカラーフィルター５の焦点距離はバックライト３の入射角度の関数であるので、バックライト３の入射角度を変えればホログラムカラーフィルター５の焦点距離を長くできることが期待できるからである。
【００４０】
しかし、この方法も得策ではない。つまり、バックライト３の入射角度を変えるとホログラムカラーフィルター５の１次回折光の回折光率や波長依存性に悪影響を与えるので、バックライト３の入射角度を任意に選択することはできないのである。
【００４１】
さらに、図７、図８のガラス基板２２を薄くすることが考えられる。ガラス基板２２を薄くすれば、ブラック・マトリックス２３の開口を通過した光の拡散を小さくすることができるからである。
【００４２】
しかし、この方法も実現するのは難しい。このガラス基板２２は液晶層２４のセルギャップを保持するために高度の平面性が要求されるばかりでなく、所定の機械的強度も要求されるので、薄くすることが難しいのである。
【００４３】
本発明は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、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、良好な画像を表示す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提供することにある。
【００４４】
【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、液晶表示素子の出射側に配置された拡散層と、液晶表示素子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出射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からなる液晶表示装置において、ブラック・マトリックスが配置されてなり、そのブラック・マトリックスの出射側に、ブラック・マトリックスに接して、ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造を有することを特徴とするものである。
【００４６】
ここで、ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造は、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応したレンズで構成することもでき、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応するプリズムで構成することもでき、ＧＲＩＮレンズアレーで構成することもできる。
【００４７】
この発明によれば、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された構造によって拡散するのを抑制されることになるので、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができるものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
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の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、図７に示すものと同じものについては同一の符号を付して重複する説明を省略することにする。
【００４９】
図１の断面図を参照して本発明によるカラー液晶表示装置の第１の実施形態について説明する。この図において用いているホログラムカラーフィルター５は、図４に示す微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルター５であるが、図５に示すように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れに重畳したマイクロレンズアレーからなるホログラムカラーフィルター１０を用いることができることは当然である。更には図６に示すホログラムカラーフィー１０を用いることができる。この点については以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００５０】
図１の断面図においては、液晶層２４とブラック・マトリックス２３との位置関係は図４〜図８に示す構成とは逆になっているが、上述したように液晶層２４はブラック・マトリックス２３の入射側に配置してもよいものであり、しかも、拡散層１５を用いていることから明らかなようにこのカラー液晶表示装置は直視型であるので、液晶層２４はブラック・マトリックス２３の入射側に配置するのが望ましいので、図１に示す構成となされているのである。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同じである。
【００５１】
ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてレンズ部３０が形成されている。このレンズ部３０は、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応して形成されている。
【００５２】
このレンズ部３０は、例えば、ガラス基板２２のブラック・マトリックス２３側の表面に、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応したサイズで所望のレンズ特性を有する形状に凹部を形成し、その凹部に、ガラス基板２２の屈折率より大きい屈折率を有するポリマーを注入し、その後表面を平坦化することによって構成することができる。
【００５３】
この構成によれば、ポリマーとガラス基板２２との屈折率差によってレンズ効果を持たせることができるので、図示する光線図のように、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光は拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００５４】
次に、図２の断面図を参照して、第２の実施形態について説明する。
この実施形態では、ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてプリズム部３１が形成されている。このプリズム部３１は、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応して形成されている。
【００５５】
このプリズム部３１は、例えば、ガラス基板２２のブラック・マトリックス２３側の表面に、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応するサイズで、プリズムを構成できる形状に凹部を形成し、その凹部に、ガラス基板２２の屈折率より大きい屈折率を有するポリマーを注入し、その後表面を平坦化することによって構成することができる。
【００５６】
この構成によれば、ポリマーとガラス基板２２との屈折率差によってプリズム効果を持たせることができるので、図示する光線図のように、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光は拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００５７】
次に、図３の断面図を参照して、第３の実施形態について説明する。
この実施形態では、ブラック・マトリックス２３の観察側のガラス基板２２には、ブラック・マトリックス２３に接して、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制するためのものとしてＧＲＩＮレンズアレー３２が配置されている。なお、ＧＲＩＮレンズアレーについては周知であるので、図３ではその詳細な構造は省略している。
【００５８】
この図３で示す構成は、周知の方法でＧＲＩＮレンズアレーを形成し、それをブラック・マトリックス２３とガラス基板２２によって挟持すればよい。
【００５９】
図３では光線図は省略するが、この構成によれば、ブラック・マトリックス２３の開口部を通過した各成分光はＧＲＩＮレンズアレー３２によって拡散するのを抑制され、その状態でスクリーンである拡散層１５に達することになり、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止することができ、以て良好な画像を表示することができる。
【００６０】
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の実施形態を説明したが、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、上記実施形態においてはスクリーンとして拡散層１５を用いるものとしたが、これは一般的に光拡散手段であってよいものであり、図８に示すようなレンチキュラーレンズスクリーン１９を用いてもよいものである。
【００６１】
また、ホログラムカラーフィルターのホログラム５，７としては、単層あるいは１枚のホログラムからなるものに限らず、特願平７−２９０８１９号、特願平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、且つ、回折効率のピーク波長が相互に異なっている２枚あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなるホログラムからなるものであってもよい。
【００６２】
【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れば、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された構造によって拡散するのを抑制され、あるいは、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光は、ブラック・マトリックスに接して、その出射側に配置された光拡散手段上に表示されることになるので、ブラック・マトリックスの開口部を通過した各成分光が拡散するのを最小限に留めることができ、表示画像において色が混ざり合ったり、表示画像がぼけるのを防止し、以て良好な画像を表示することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の第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。
【図５】従来の第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。
【図６】図５の変形例を示す液晶表示装置の断面図である。
【図７】本出願人が特願平７−２９２３０２号において提案したホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の一構成例を示す断面図である。
【図８】本出願人が特願平７−２９２３０２号において提案したホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の他の構成例を示す断面図である。
【図９】ホログラムカラーフィルタ５によって波長分散された赤成分、緑成分、青成分の各成分の光の集光距離が異なることを説明するための図である。
【符号の説明】
３…バックライト
５…ホログラムカラーフィルター
５′…微小ホログラム
６…液晶表示素子
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
９…０次透過光
１０…ホログラムカラーフィルター
１１…透明基板
１２…透明板
１３…吸収層
１４…ルーバー
１５…拡散層
１６…レンチキュラーレンズ面
１７…透過開口部
１８…遮光部
１９…レンチキュラーレンズスクリーン
２０…液晶表示素子
２１、２２…ガラス基板
２３…ブラック・マトリックス
２４…液晶層
２５、２６…偏光板
３０…レンズ部
３１…プリズム部
３２…ＧＲＩＮレンズアレー
Claims (4)
- 少なくも液晶表示素子と、
液晶表示素子の出射側に配置された拡散層と、
液晶表示素子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出射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
からなる液晶表示装置において、
ブラック・マトリックスが配置されてなり、そのブラック・マトリックスの出射側に、ブラック・マトリックスに接して、ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造を有する
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。 - 前記ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造は、表示の１画素を構成する赤、緑、青の３素子の開口部に対応したレンズで構成され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。
- 前記ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造は、ホログラムカラーフィルターで分光された赤、緑、青のそれぞれの光に対応するプリズムで構成され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。
- 前記ブラック・マトリックスの開口部を通過する光を屈折させ、広がりを抑制する構造は、ＧＲＩＮレンズアレーで構成され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。
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