JP3700966B2

JP3700966B2 - 液晶表示装置用ホログラム

Info

Publication number: JP3700966B2
Application number: JP2000397085A
Authority: JP
Inventors: 信彦市川
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2001235739A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置に係わり、特に、ホログラムを用いてバックライトの利用効率向上を図った液晶表示装置用ホログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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挙げられる。
【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。
【０００４】
▲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。
【０００５】
このような問題を解決すべく、図５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５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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００７】
そこで、各画素の前面にホログラムを配置し、そのホログラムによって赤色成分は赤のカラーフィルターへ、緑色成分は緑のカラーフィルターへ、青色成分は青のカラーフィルターへ選択的に回析、集光させて入射させる方法も考えられるる。この方法によると、白色光を各画素毎に分光して照射するためにバックライトの利用効率を向上させることができる。
【０００８】
しかし、このホログラムを用いる方法は、１つのホログラムの中に３色分の多重露光を行うか、３色各々用のホログラム３枚を同じ位置に貼り合わせなくてはならない。これらの方法の問題としては、３つの多重露光では、それぞれのホログラムの回析効率が低下してしまうこと、また、３枚貼り合わせでは、位置合わせが難しく、加工が大変煩雑になってしまう、ということが挙げられる。
【０００９】
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、３色のカラーフィルターセル各々にホログラムで白色光を分光して照射させるようにして、液晶表示用バックライトの利用効率を大幅に向上させることである。また、本発明においては、多重露光やホログラムの貼り合わせを必要とせず、その作成が非常に容易な液晶表示装置を提供することを目的とする。なお、本発明において使用するホログラムをレリーフタイプで構成する場合、エンボス複製により大量に安価に作成することができるものである。
【００１０】
【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液晶表示装置用ホログラムは、液晶表示装置の隣接する液晶セルへ入射光の赤、緑、青の各波長成分を集光させるホログラムにおいて、前記ホログラムは波長に応じて異なる回折角で回折するホログラムであって、前記入射光の赤、緑、青の各波長成分を対応する位置の液晶セルに集光させるものであり、かつ、前記ホログラムは、単層の記録材料に多重記録によらずに１層のホログラムとして記録され、集光性で波長に応じて異なる回折角で回折する単位ホログラムのアレーからなり、１個の単位ホログラムは隣接する３つの液晶セルに対応していることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合に、ホログラムが回折格子からなっていてもよい。
【００１２】
また、各単位ホログラムはホログラム面にほぼ垂直に入射する入射光をオフセット配置の隣接する３つの液晶セルの位置に赤、緑、青の各波長成分に分光して集光するものであることが望ましい。
【００１３】
また、各単位ホログラムはホログラム面に斜めに入射する入射光をインライン配置の隣接する３つの液晶セルの位置に赤、緑、青の各波長成分に分光して集光するものであることが望ましい。
【００１４】
なお、集光は点状でも線状でもよい。
【００１５】
また、記録材料としてフォトポリマーを用いることができる。
【００１６】
あるいは、レリーフホログラムからなるものとすることができる。
【００１７】
あるいは、計算機ホログラムからなるものとすることができる。
【００１８】
【作用】
本発明においては、波長に応じて異なる回折角で回折するホログラムであって、入射光の赤、緑、青の各波長成分を対応する位置の液晶セルに集光させる、多重記録によらずに１層のホログラムとして記録された単位ホログラムのアレーからなるので、入射光の各波長成分を無駄なく各液晶セル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】
【実施例】
以下、本発明のホログラムを用いた液晶表示装置の原理と実施例について、図面を参照にして説明する。
【００２０】
まず、本発明の原理図を図１に示す。図１において、液晶表示装置のカラーフィルター１のバックライト入射側に透過型ホログラム５を配置する。透過型ホログラム５は、液晶表示装置の１画素を構成する３色のカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、カラーフィルター１の画素ピッチと同じピッチでアレー状に構成されており、各単位ホログラムは、カラーフィルター１に垂直に入射する白色のバックライト３を回折して、対応する単位ホログラムからオフセットした位置のカラーフィルター１の画素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。そして、ホログラム５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、振幅型等のものが用いられる。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、この波長依存性の少ない回折格子は、一般に、波長に応じて異なる回折角で回折する。したがって、入射光３の波長に依存して単位ホログラム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５面に平行な方向に分散される。そのため、白色入射光３の赤の波長成分はカラーフィルターセルＲの位置に、緑の成分はカラーフィルターセルＧの位置に、青の成分はカラーフィルターセルＢの位置にそれぞれ回折集光され、それぞれの成分は各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂでほとんど減衰されずに通過し、対応する位置の液晶セルの状態に応じた色表示を行う。なお、カラーフィルター１とホログラム５の間にフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂと液晶セルが整列するように、図示しない液晶表示素子が配置されている。
【００２１】
このように、本発明においては、ホログラム５の各波長による回析角度の違いを利用して、ホログラム５の背後に配置したカラーフィルター１の各色セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する波長成分が回折して入射するようにし、これにより、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各色セル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。
【００２２】
このような原理を実施する具体的なホログラム及びそれを用いた液晶表示装置について、図２を参照に説明する。この実施例はバックライト３をカラーフィルター１及びホログラム５に対して垂直に照射するのではなく、それらの法線に対して所定の角度をなして入射させる例であり、図の場合、法線に対して２５°で平行なバックライト３を入射させている。そして、図示の相対位置及び寸法のフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに図示の角度でバックライト３の青波長（４６０ｎｍ）、緑波長（５４５ｎｍ）、赤波長（６１０ｎｍ）を集光回折している。
【００２３】
ここで、ホログラム５は、感光材料としてフォトポリマー（デュポン社オムニデックス３５２）の膜厚１０μｍ、屈折率差Δｎ０．０３のものを用い、光源として波長５１４．５ｎｍ、アルゴン５Ｗレーザー（スペクトラフィジック社製モデルＳＰ２０２０−０５５）を電流３０Ａ、出力０．１Ｗの５１４．５ｎｍシングルモード状態で用い、物体光として、焦点距離１０６ｍｍの収束レンズであって、その光軸が感光層の法線に対し０．６８°の角度をなし、感光層を通してその背後１．０ｍｍの位置に焦点が位置する収束レンズによって集光される光を用い、参照光として、感光層の法線に対して同じ側に２４．３°の角度をなす平行光を用いて、以下の記録条件で撮影及び後処理条件で後処理したものを用いた。
【００２４】

上記の条件で記録したホログラム５を分光測定器（島津（株）製 Recording SpectorophotometerＵＶ３６５）によって回折効率を測定したところ、各波長において下記の結果が得られた。
【００２５】
青色（４６０ｎｍ）：７３％
緑色（５４５ｎｍ）：９８％
赤色（６１０ｎｍ）：９１％
この回折効率により、ホログラム５に入射する白色ハライドランプからの平行光の場合、各々の波長のフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ入射する光の利用効率は、ホログラム５を使用しない図５の場合に比較して下記の通り向上し、本発明の方法の有効性が確認できた。なお、この測定には、色彩輝度計（トプコン（株）製モデルＮｏ．ＢＭ−５）を用いて各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの輝度を求めて行った。
【００２６】
青色（４６０ｎｍ）用カラーフィルターセル：２．２倍
緑色（５４５ｎｍ）用カラーフィルターセル：３．０倍
赤色（６１０ｎｍ）用カラーフィルターセル：２．８倍
次に、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない集光性のホログラム５とカラーフィルター１の間に、各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに入射する集光色成分をさらに集光させるための集光ホログラム６を各フィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに整列して配置し、さらに無駄なく各色成分を各セルへ入射させ、また、ホログラム５とカラーフィルター１の間の距離を短縮する実施例を図３に示す。この実施例においては、ホログラム５により分光集光された光がブラック・マトリックス４によって遮断され無駄になる場合でも、集光ホログラム６によりさらに集光されるため、分光された成分がブラック・マトリックス４に当たって遮断されことが防止できる。なお、集光ホログラム６の代わりにマイクロレンズを用いてもよい。
【００２７】
さて、以上の各実施例は、カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、波長分散をするフレネルゾーンプレート状のマイクロホログラムアレーを整列して配置するものであったが、回折格子の作用をする一様なホログラムとマイクロレンズアレーを組み合わせて、同様にホログラムの波長分散作用を利用して、液晶表示用バックライトの利用効率を大幅に向上させることができる。その実施例を図４を参照にして説明する。図４において、カラー液晶表示装置のカラーフィルター１の前面には、カラーフィルター１の画素ピッチに対応する径のマイクロレンズ７をガラス基板８上に設けてなるマイクロレンズアレー９が配置されている。マイクロレンズアレー９のカラーフィルター１側には、一様な干渉縞からなる波長依存性の少ないない透過型ホログラム５′が一体に設けられている。このように構成すると、マイクロレンズ７で集光された白色バックライト３は、透過型ホログラム５′で波長に応じて異なる角度で回折され分光される。したがって、図１等の場合と同様、各波長に対する集光位置はホログラム５′面に平行な方向に分散され、白色入射光３の赤の波長成分はカラーフィルターセルＲの位置に、緑の成分はカラーフィルターセルＧの位置に、青の成分はカラーフィルターセルＢの位置にそれぞれ集光され、それぞれの成分は各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂでほとんど減衰されずに通過し、対応する位置の液晶セルの状態に応じた色表示が行われる。この実施例においては、ホログラム５′として、集光性でなく一様な干渉縞からなる波長依存性の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５′をカラーフィルター１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９のピッチが図５の従来の場合の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。
【００２８】
ところで、以上のホログラム５、５′の記録材料としては、フォトポリマー、フォトレジスト等、公知のホログラム記録材料を用いることができ、また、ホログラムの形態としたは、レリーフ型、屈折率分布型、透過率分布型何れでもよく、また、２光束干渉によって記録したものに限らず、所望のホログラム干渉縞を計算機によって計算し、電子ビーム等によって描画して作成する計算機ホログラム（ＣＧＨ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）を用いてもよく、さらには、描画記録された計算機ホログラム等に再生光を入射させて生じる回析光と直進光を密着した感光材料中で干渉させて複製し、回折効率を上げたホログラム、レリーフ型の原版ホログラムをエンボス複製して作成したホログラムを用いてもよい。
【００２９】
なお、以上において、ホログラム５、集光ホログラム６の集光形態としては、対応するカラーフィルターセル上に点状に集光するものでもよく、また、線状に集光するものでもよい。また、マイクレンズ７も、カラーフィルターセル上に点状に集光する回転対称なレンズでも、線状に集光するシリンドリカルレンズ、トーリックレンズ等でもよい。
【００３０】
以上、本発明のホログラムを用いた液晶表示装置をいくつかの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。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶表示装置用ホログラムによると、波長に応じて異なる回折角で回折するホログラムであって、入射光の赤、緑、青の各波長成分を対応する位置の液晶セルに集光させるものであるので、入射光の各波長成分を無駄なく各液晶セル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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホログラムを用いた液晶表示装置の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の１実施例の構成を示す図である。
【図３】別の実施例の構成を示す図である。
【図４】さらにもう１つの実施例の構成を示す図である。
【図５】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。
【符号の説明】
１…カラーフィルター
３…バックライト
４…ブラック・マトリックス
５…透過型ホログラム
６…集光ホログラム
７…マイクロレンズ
８…ガラス基板
９…マイクロレンズアレー
５′…一様な干渉縞からなる透過型ホログラム

Claims

液晶表示装置の隣接する液晶セルへ入射光の赤、緑、青の各波長成分を集光させるホログラムにおいて、前記ホログラムは波長に応じて異なる回折角で回折するホログラムであって、前記入射光の赤、緑、青の各波長成分を対応する位置の液晶セルに集光させるものであり、かつ、前記ホログラムは、単層の記録材料に多重記録によらずに１層のホログラムとして記録され、集光性で波長に応じて異なる回折角で回折する単位ホログラムのアレーからなり、１個の単位ホログラムは隣接する３つの液晶セルに対応していることを特徴とする液晶表示装置用ホログラム。
前記ホログラムが回折格子からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用ホログラム。
前記各単位ホログラムはホログラム面にほぼ垂直に入射する入射光をオフセット配置の隣接する３つの液晶セルの位置に赤、緑、青の各波長成分に分光して集光することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置用ホログラム。
前記各単位ホログラムはホログラム面に斜めに入射する入射光をインライン配置の隣接する３つの液晶セルの位置に赤、緑、青の各波長成分に分光して集光することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置用ホログラム。
点状に集光することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の液晶表示装置用ホログラム。
線状に集光することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の液晶表示装置用ホログラム。
記録材料としてフォトポリマーが用いられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の液晶表示装置用ホログラム。
レリーフホログラムからなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の液晶表示装置用ホログラム。
計算機ホログラムからなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の液晶表示装置用ホログラム。