JP4055970B2 - 液晶光変調素子及び投影表示装置 - Google Patents

液晶光変調素子及び投影表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4055970B2
JP4055970B2 JP21369598A JP21369598A JP4055970B2 JP 4055970 B2 JP4055970 B2 JP 4055970B2 JP 21369598 A JP21369598 A JP 21369598A JP 21369598 A JP21369598 A JP 21369598A JP 4055970 B2 JP4055970 B2 JP 4055970B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
liquid crystal
reflecting
incident
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP21369598A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000047198A (ja
Inventor
祐一郎 大利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Opto Inc
Original Assignee
Konica Minolta Opto Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Opto Inc filed Critical Konica Minolta Opto Inc
Priority to JP21369598A priority Critical patent/JP4055970B2/ja
Priority to US09/362,372 priority patent/US6359719B1/en
Publication of JP2000047198A publication Critical patent/JP2000047198A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4055970B2 publication Critical patent/JP4055970B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G02B5/1885—Arranged as a periodic array
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133504—Diffusing, scattering, diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133553—Reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/30—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
    • G02F2201/305—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating diffraction grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/34—Colour display without the use of colour mosaic filters
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H1/024—Hologram nature or properties
    • G03H1/0248—Volume holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
    • G03H2001/0415—Recording geometries or arrangements for recording reflection holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
    • G03H2001/0434—In situ recording when the hologram is recorded within the device used for reconstruction
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
    • G03H2001/0439—Recording geometries or arrangements for recording Holographic Optical Element [HOE]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G03H2001/2263—Multicoloured holobject
    • G03H2001/2271—RGB holobject

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶光変調素子及び投影表示装置に関するものであり、更に詳しくは、反射型の液晶光変調素子と、それを用いてカラー画像をスクリーン上に投影する投影表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光変調素子の代表である液晶光変調素子には透過型と反射型があり、いずれのタイプについても、パネルの小型化とともに表示画素数の増加が求められている。大きさが同じパネルであれば、画素数が増えると一般には開口率が低下してしまうが、反射型の液晶光変調素子では画素の駆動配線等を反射電極の裏側に配置することができるため、同じ大きさで同じ画素数であれば開口率を大きくとることができる。また、同じ開口率で同じ画素数であれば小型化が可能である。したがって、反射型の液晶光変調素子はデジタルＴＶ等のＨＤＴＶ(high definition television)フォーマットに対応する上で有利であり、反射型の液晶光変調素子を用いれば高品位な表示を得ることができる。
【０００３】
また、液晶光変調素子を用いてカラー画像を表示する装置には、Ｒ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)のそれぞれに対応した３枚の液晶光変調素子を用いる３板式と、１枚の液晶光変調素子を用いる単板式と、がある。単板式の方が装置の小型化が可能であり、また部品点数も少なくできることからコストの面で非常に有利である。しかし、カラー化のためにＲＧＢのパターンを有する吸収型カラーフィルターが液晶光変調素子に用いられるため、略３分の２の光が無駄になってしまう。したがって、単板式には照明効率が非常に悪いという欠点がある。これを解決するために、カラーフィルターとして回折素子(例えばホログラム)を用いた液晶光変調素子が提案されている。
【０００４】
図１３に、回折素子から成るカラーフィルターが用いられた透過型の液晶光変調素子の一例を示す。白色照明光(L1)は、アレイ状に配置されたマイクロレンズで集光されるとともに、１次元の回折素子(D0)でＢ，Ｇ，Ｒの各波長帯域に分光される。分光された各光束は、液晶層(2)の対応画素を透過してカラー画像の表示に用いられる。このように、回折素子をカラーフィルターとして用いる液晶光変調素子の大部分は透過型である。これは、反射型の液晶光変調素子に回折素子から成るカラーフィルターを用いると、以下に説明するような問題が生じるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、反射型の液晶光変調素子を用いてカラー画像の投影を行う表示装置では、透過型とは異なり、一般に液晶面から投影面までの間で、偏光ビームスプリッタ等により照明光と投影光とが分離される。３板式の場合、液晶光変調素子には色分解後の照明光が入射するため、各素子にそれぞれ入射する光束の主光線は、集光用のマイクロレンズを通過し、液晶層の対応画素に対して垂直に入射した後、反射電極で正反射されて同じマイクロレンズに戻ることになる。
【０００６】
これに対し、カラーフィルターとして回折素子を用いた単板式の場合には、回折素子の回折分散作用によって分光されたＢ，Ｇ，Ｒの光束のうちの少なくとも２つは、その主光線が反射電極面に対して所定の角度をもって入射することになる。例えば図１４に示すように、集光用のマイクロレンズ(1)と分光用の回折素子(D0)を照明光(L1)が通過すると、第１基板(P1)及び液晶層(2)を通過して第２基板(P2)上の反射電極(3)に集光・入射する光束のうち、ＲとＧの光束の主光線は反射電極(3)の反射面に対して所定の角度をもって入射することになる。したがって、ＲとＧの光成分の一部は通常のミラーのように反射面で正反射されて、他の画素の方向に反射されてしまう。この光は迷光(LS)として、投影光(L2)と共にカラー画像の表示に用いられることになるため、絵素ごとのクロストークが発生して、投影画像の表示品質が大きく低下してしまう。
【０００７】
特開平９−５００１６号公報や特開平９−２８８２６８号公報では、上記問題を解決するために工夫された液晶光変調素子が提案されている。しかしその構成によれば、解決しなければならない問題が新たに発生してしまう。例えば前者の液晶光変調素子では、液晶の画像信号の駆動を従来と異なる方法で行うような複雑な構成にする必要がある。後者の液晶光変調素子では、照明光を斜めから入射させる必要があるため４層構造の複雑なホログラムが必要である。また、Ｐ，Ｓ偏光の分離を十分に行うためにホログラムを厚くする必要があり、波長及び角度に対するホログラムの回折効率の依存性が増大することになる。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、吸収型のカラーフィルターを用いることなく、簡単な構成で高い表示品質のカラー表示を行うことが可能な反射型の液晶光変調素子を提供することを目的とする。さらに、明るく高品位なカラー表示を行うことができる安価な単板式の投影表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の液晶光変調素子は、白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有するホログラムアレイ素子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明の液晶光変調素子は、白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有するブレーズド反射回折格子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明の液晶光変調素子は、白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有する再帰反射型素子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の液晶光変調素子は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つの構成において、前記分光手段が回折素子であることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明の液晶光変調素子は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つの構成において、前記集光手段が屈折素子であることを特徴とする。
【００１５】
第６の発明の液晶光変調素子は、上記第１〜第３の発明のいずれか１つの構成において、前記集光手段が回折素子であることを特徴とする。
【００１６】
第７の発明の投影表示装置は、上記第１〜第６の発明のいずれか１つの液晶光変調素子を用いてカラー画像の投影表示を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した液晶光変調素子及び投影表示装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１８】
《第１の実施の形態》
図１に、第１の実施の形態の断面構造を示す。第１の実施の形態は反射型の液晶光変調素子であって、マイクロレンズ(1)，回折素子(D1)，第１基板(P1)，液晶層(2)，反射電極(M)及び第２基板(P2)を備えている。第１基板(P1)の下面には透明電極(不図示)が設けられており、その透明電極と反射電極(M)との間に液晶層(2)が位置している。この液晶層(2)は、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する変調手段である。
【００１９】
回折素子(D1)は、白色照明光(L1)を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段であって、１次元の回折格子構造を有している。また回折素子(D1)は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長帯域の中心波長がいずれも同じ回折次数(通常＋１次を用いる。)で回折分光されるタイプであって、広い波長帯域で高い回折効率を持つ薄い回折素子である。この回折素子(D1)としては、図１０に示すような表面レリーフ型の回折素子、バイナリー素子型の回折素子、薄いホログラムから成る回折素子等を用いることができる。マイクロレンズ(1)は、回折素子(D1)で分光された光が液晶層(2)の各画素に導光されるように集光する集光手段であって、シリンドリカルレンズアレイ構造を有している。屈折素子であるマイクロレンズ(1)の集光作用と回折素子(D1)の分光作用との組み合わせによって、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長帯域の光が液晶層(2)の対応画素に導光されることになる。
【００２０】
反射電極(M)は、液晶層(2)を透過した光を反射させる反射手段であって、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有している。通常のミラーであれば正反射によって入射光と反射光の光路が大きく異なることになるが、反射電極(M)では正反射が行われず、液晶層(2)を透過した光は反射電極(M)に対する入射光と略同じ方向(クロストークが生じない程度に同じ方向であればよい。)に反射されるため、反射電極(M)に対する入射光と反射光とは同じ光路を通ることになる。反射電極(M)の上記機能を実現するための構成例を以下に挙げて説明する。
【００２１】
図５は、反射型体積ホログラムで反射面が構成された反射電極(M)を示している。この反射電極(M)は、反射型体積ホログラムと、その液晶層(2)側の面に設けられた透明電極(不図示)と、が一体化された構造を有している。透明電極はＩＴＯ膜等で構成されており、反射型体積ホログラムはＢ，Ｇ，Ｒの各波長帯域に対して反射光の回折効率が最大となるようなホログラムアレイ構造を有している。
【００２２】
反射型体積ホログラムの作成は、厚いホログラム基板の両側から角度を持った物体光と参照光を照射することにより行われ、その２つの光の干渉により所定の回折構造を有するホログラムが得られる。本実施の形態に用いられるホログラムアレイ素子は、図６に示すようにＢ，Ｇ，Ｒの各波長成分で感光材料(M')を３回露光することにより得られる。Ｂの露光を行う場合には、Ｇ，Ｒの画素領域をマスク(4)で遮光する。そして、Ｂのレーザー光(LO)を物体光としてマイクロレンズ(1)に入射させるとともに、第２基板(P2)側からマスク(4)を介して参照光(LR)の照射を行う。このようにしてＢの画素に対応する干渉縞が感光材料(M')に記録されて、Ｂの画素に対応するホログラムアレイ構造が得られる。Ｇ，Ｒ用のホログラムアレイ構造も同様にして作成することができる。このように３回の露光で１枚のホログラムを作成してもよいが、各波長成分で露光されたホログラムを３枚重ね合わせて反射型体積ホログラムを構成してもよい。
【００２３】
図７は、ブレーズ化した回折面で反射面が構成された反射電極(M)を示している。この反射電極(M)はブレーズド反射回折格子であって、ガラス，樹脂等で構成された表面レリーフ型回折格子の表面に金属製の電極膜(不図示)をコートしたものでもよく、電極パターンを有する金属シートで表面レリーフ型回折格子を構成したものでもよい。反射電極(M)の反射面は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長成分に対応する領域ごとに異なる入射角θB,θG,θRとなるようなブレーズ形状のミラー面になっており、ブレーズ角度α(αB,αG,αR)が主光線の入射角度θ(θB,θG,θR)と同じになるように構成されている。そして、2sinθ＝λ／Λ(ここで、λ：各波長領域での中心波長、Λ：格子ピッチ、である。)を満たすことで、入射光と略同じ方向に反射光が戻るようにしている。
【００２４】
図８と図９は、再帰反射型素子であるレトロリフレクタで反射面が構成された反射電極(M)を示している。このレトロリフレクタは、微細なコーナーキューブが２次元的に配置されたシート状構造を有している。入射光は各コーナーキューブで３回反射されて入射方向と同じ方向に反射されるため、各波長成分の光は入射角度がそれぞれ異なるにもかかわらず、同じ絵素に対応するマイクロレンズ(1)内に戻ることになる。なお、反射電極(M)は、ガラス，樹脂等で構成されたレトロリフレクタの表面に金属製の電極膜(不図示)をコートしたものでもよく、電極パターンを有する金属シートでレトロリフレクタを構成したものでもよい。
【００２５】
図１に示すように、平行光である白色照明光(L1)がマイクロレンズ(1)と回折素子(D1)を通過すると、回折素子(D1)の回折作用でＢ，Ｇ，Ｒの各波長帯域ごとに分光された光が、マイクロレンズ(1)の集光作用で液晶層(2)の対応画素に導光される。このときＢ，Ｇ，Ｒの光がそれぞれ所定角度で回折するため、１つのマイクロレンズ(1)を１絵素とするとき、それに対応する液晶層(2)の３つの画素がマイクロレンズ(1)に対して平行シフトすることになる。したがって、全ての波長成分の光の主光線は、反射電極(M)の反射面に対して斜めに集光することになる。液晶層(2)を通過した光は反射電極(M)で反射される。先に述べたように、反射電極(M)は入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有しているので、反射電極(M)に対しそれぞれ所定の角度で入射したＢ，Ｇ，Ｒの光は、その入射方向と略同じ方向に反射される。反射光は再び回折素子(D1)で各波長帯域ごとに回折されて波長合成され、マイクロレンズ(1)から射出する。
【００２６】
上述したように、反射電極(M)に付与されている前記特徴的な機能によって、１つの絵素を構成するＢ，Ｇ，Ｒの各画素からの表示光をマイクロレンズ(1)側に戻すことができる。したがって、図１４に示すような迷光(LS)が生じなくなるため、絵素ごとのクロストークの発生が防止される。このようにして、簡単な構成でありながら高い表示品質のカラー表示を行うことが可能となる。また、反射型の液晶光変調素子でありながら吸収型のカラーフィルターを用いずに回折素子(D1)をカラーフィルターとして用いているため、単板でのカラー表示を高い光利用効率で実現することができる。
【００２７】
《第２の実施の形態》
図２に、第２の実施の形態の断面構造を示す。第２の実施の形態は回折素子(D2)に特徴があり、前記マイクロレンズ(1)及び回折素子(D1)の代わりに回折素子(D2)が用いられているほかは、前述した第１の実施の形態と同様に構成されている。第１の実施の形態では、回折素子(D1)が分光を行いマイクロレンズ(1)が集光を行うように機能分担されているが、第２の実施の形態では、分光と集光を共に回折素子(D2)が行う構成となっている。したがって、回折素子(D2)と反射電極(M)との間では、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長成分が第１の実施の形態と同じ光路をとることになる。この回折素子(D2)は、チャープ(chirp)された１次元の回折格子構造を有しており、その変化したピッチ周期によって、Ｂ，Ｇ，Ｒの光をそれぞれを所定の角度に回折・集光させる。
【００２８】
《第３の実施の形態》
図３に、第３の実施の形態の断面構造を示す。第３の実施の形態は回折素子(D3)に特徴があり、前記回折素子(D1)の代わりに回折素子(D3)が用いられているほかは、前述した第１の実施の形態と同様に構成されている。第１の実施の形態で用いられている回折素子(D1)は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長帯域の中心波長がいずれも同じ回折次数で回折分光されるタイプであるが、第３の実施の形態で用いられている回折素子(D3)は、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長帯域の中心波長がいずれも異なる回折次数で回折分光されるタイプである。そして、Ｒ，Ｂの波長帯域の光はそれぞれ所定の角度で回折し、Ｇの波長帯域の光は回折せずに回折素子(D3)を透過する構成になっている。したがって、１絵素に対応する液晶層(2)の３つの画素は、マイクロレンズアレイ(1)に対してシフトしない位置関係となる。
【００２９】
この回折素子(D3)としては、図１１に示すような表面レリーフ型のバイナリー回折素子を用いることができる。このような階段状構造を有する回折素子(D3)は、半導体製造技術等を用いて容易に作成することが可能である。各ステップの段差hは、h＝λG／(n-1){ここで、λG：Ｇの中心波長(〜540nm)、n：回折素子(D3)の媒体の屈折率、である。}で表される。回折される各波長帯域の中心波長は、それぞれ異なる回折次数において回折効率が最大となる。そして、Ｇの波長成分については、各ステップで2πの位相の変調が与えられるため、回折をしないことになる。
【００３０】
第３の実施の形態では、Ｇの波長帯域の光が反射電極(M)の反射面に対して垂直方向から入射・集光するため、反射電極(M)におけるＧの対応領域に、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる前記機能を付与する必要がない。Ｇの波長成分は、正反射しても他の絵素に対応する方向には反射せず、したがって画質を低下させることがないからである。ただし、反射電極(M)の製作を容易にするために、Ｇの対応領域に前記反射機能を付与してもよいことはいうまでもない。
【００３１】
《第４の実施の形態》
図４に、第４の実施の形態の断面構造を示す。第４の実施の形態は回折素子(D4)に特徴があり、前記マイクロレンズ(1)及び回折素子(D3)の代わりに回折素子(D4)が用いられているほかは、前述した第３の実施の形態と同様に構成されている。第３の実施の形態では、回折素子(D3)が分光を行いマイクロレンズ(1)が集光を行うように機能分担されているが、第４の実施の形態では、分光と集光を共に回折素子(D4)が行う構成となっている。したがって、回折素子(D4)と反射電極(M)との間では、Ｂ，Ｇ，Ｒの各波長成分が第３の実施の形態と同じ光路をとることになる。
【００３２】
回折素子(D4)は、分光用の回折格子構造と集光用の回折格子構造との両方を有するものであればよい。図１１に示す回折素子によれば分光は可能であるが、パワーがないため集光は不可能である。そこで、集光用のパワーを有する回折レンズを、図１１に示す回折素子に組み合わせて用いればよい。分光・集光の両機能を兼ね備えた回折素子(D4)を用いることによって、Ｂ，Ｇ，Ｒの光をそれぞれ所定の角度で集光させながら、Ｒ，Ｂの波長帯域をそれぞれを所定の角度に回折させ、Ｇの波長帯域については分光のための回折をさせずに回折素子(D4)を透過させることができる。なお、回折レンズとしては、例えばＢ，Ｇ，Ｒの光がそれぞれ所定の角度で集光するようにチャープ(chirp)された１次元の回折格子構造を有するものが挙げられる。
【００３３】
《第５の実施の形態》
図１２に、第５の実施の形態の光学構成を模式的に示す。第５の実施の形態は、前述した第１〜第４の実施の形態のうちのいずれか一つの液晶光変調素子(15)を用いて、スクリーン(17)にカラー画像の投影表示を行う投影表示装置である。この投影表示装置は、主な構成要素として、白色光源(10)，偏光変換素子(11)，コンデンサーレンズ(12)，偏光ビームスプリッタ(13)，コンデンサーレンズ(14)，反射型の液晶光変調素子(15)及び投影光学系(16)を備えている。
【００３４】
偏光ビームスプリッタ(13)には偏光変換素子(11)で均一なＳ偏光のみに揃えられた白色照明光(L1)が入射し、その白色照明光(L1)が偏光ビームスプリッタ(13)で反射されて液晶光変調素子(15)に入射する。そして、前記液晶層(2)で部分的にＰ偏光に変換されて、液晶光変調素子(15)を射出する。偏光ビームスプリッタ(13)をそのまま直進・透過したＰ偏光は、投影光(L2)として投影光学系(16)に入射し、スクリーン(17)上にカラー画像を形成する。このようにして、明るく高品位なカラー表示を安価な単板式で行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液晶光変調素子によれば、反射手段に付与されている特徴的な機能が迷光の発生を防止するため、簡単な構成でありながら絵素ごとのクロストークの発生が防止される。したがって、高い表示品質のカラー表示を安価に行うことができる。また、吸収型のカラーフィルターを用いずにカラー表示を行うことができるため、光利用効率に優れた明るい画像投影が可能である。そして、その液晶光変調素子を用いた投影表示装置によれば、安価な単板式でありながら、明るく高密度・高品位なカラー表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す光学構成図。
【図２】第２の実施の形態を示す光学構成図。
【図３】第３の実施の形態を示す光学構成図。
【図４】第４の実施の形態を示す光学構成図。
【図５】反射型体積ホログラムで反射面が構成された反射電極を示す断面図。
【図６】反射型体積ホログラムから成る反射電極の作製方法を説明するための図。
【図７】ブレーズ化した回折面で反射面が構成された反射電極を示す断面図。
【図８】シート状のレトロリフレクタで反射面が構成された反射電極を示す斜視図。
【図９】シート状のレトロリフレクタを拡大して示す断面図。
【図１０】第１，第２の実施の形態に用いることができる回折素子を示す断面図。
【図１１】第３，第４の実施の形態に用いることができる回折素子を示す断面図。
【図１２】第５の実施の形態を示す光学構成図。
【図１３】回折素子から成るカラーフィルターが用いられた透過型の液晶光変調素子の従来例を示す断面図。
【図１４】回折素子から成るカラーフィルターが用いられた反射型の液晶光変調素子の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
D1 …分光用の回折素子(分光手段)
D2 …分光・集光兼用の回折素子(分光手段)
D3 …分光用の回折素子(分光手段)
D4 …分光・集光兼用の回折素子(分光手段)
M …反射電極(反射手段)
P1 …第１基板
P2 …第２基板
L1 …白色照明光
L2 …投影光
1 …マイクロレンズ(集光手段)
2 …液晶層
10 …白色光源
11 …偏光変換素子
12 …コンデンサーレンズ
13 …偏光ビームスプリッタ
14 …コンデンサーレンズ
15 …反射型の液晶光変調素子
16 …投影光学系
17 …スクリーン

Claims (7)

  1. 白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有するホログラムアレイ素子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする液晶光変調素子。
  2. 白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有するブレーズド反射回折格子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする液晶光変調素子。
  3. 白色照明光を所定の波長帯域ごとに分光する分光手段と、２次元の複数画素に対する入射光の強度を変調する液晶層と、前記分光手段で分光された光が前記液晶層の各画素に導光されるように集光する集光手段と、前記液晶層を透過した光を反射させる反射手段と、を備えた反射型の液晶光変調素子であって、前記分光手段と前記集光手段とは一体となって機能し、前記反射手段が反射電極であるとともに、入射光の入射方向と略同じ方向に入射光を反射させる機能を有する再帰反射型素子であり、前記反射手段で反射された反射光が前記分光手段で波長合成されて前記集光手段から射出することを特徴とする液晶光変調素子。
  4. 前記分光手段が回折素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶光変調素子。
  5. 前記集光手段が屈折素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶光変調素子。
  6. 前記集光手段が回折素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶光変調素子。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶光変調素子を用いてカラー画像の投影表示を行うことを特徴とする投影表示装置。
JP21369598A 1998-07-29 1998-07-29 液晶光変調素子及び投影表示装置 Expired - Fee Related JP4055970B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21369598A JP4055970B2 (ja) 1998-07-29 1998-07-29 液晶光変調素子及び投影表示装置
US09/362,372 US6359719B1 (en) 1998-07-29 1999-07-28 Optical modulator and projector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21369598A JP4055970B2 (ja) 1998-07-29 1998-07-29 液晶光変調素子及び投影表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000047198A JP2000047198A (ja) 2000-02-18
JP4055970B2 true JP4055970B2 (ja) 2008-03-05

Family

ID=16643470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21369598A Expired - Fee Related JP4055970B2 (ja) 1998-07-29 1998-07-29 液晶光変調素子及び投影表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6359719B1 (ja)
JP (1) JP4055970B2 (ja)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9811782D0 (en) * 1998-06-03 1998-07-29 Sharp Kk Projection display
US6185047B1 (en) * 1999-05-17 2001-02-06 Infocus Corporation Image projection system packaged to operate lying flat with a very low profile
US7046407B2 (en) * 2000-02-14 2006-05-16 3M Innovative Properties Company Diffractive color filter
US7113231B2 (en) * 2000-02-14 2006-09-26 3M Innovative Properties Company Dot-sequential color display system
US20070203346A1 (en) * 2001-04-30 2007-08-30 Oregon State University Method for synthesizing epothilones and epothilone analogs
TW588195B (en) * 2002-07-30 2004-05-21 Hong-Da Liu Reflector structure in a liquid crystal display having light condensing effect
GB2404991A (en) * 2003-08-09 2005-02-16 Sharp Kk LCD device having at least one viewing window
JP2005062692A (ja) 2003-08-19 2005-03-10 Internatl Business Mach Corp <Ibm> カラー表示装置、光学素子、およびカラー表示装置の製造方法
US7308207B2 (en) * 2003-11-17 2007-12-11 Raytheon Company Method for identifying an interrogated object using a dynamic optical tag identification system
US7182463B2 (en) * 2003-12-23 2007-02-27 3M Innovative Properties Company Pixel-shifting projection lens assembly to provide optical interlacing for increased addressability
US7554623B2 (en) * 2005-02-18 2009-06-30 Infocus Corporation Optical assembly to provide complementary illumination of subpixels of a light valve pixel
TW200928624A (en) * 2007-10-19 2009-07-01 Seereal Technologies Sa Light modulating device
TWI331230B (en) * 2008-06-27 2010-10-01 Ind Tech Res Inst Composite optical division device and image apparatus
USD765612S1 (en) * 2015-07-16 2016-09-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Light source module
CN109791241B (zh) * 2016-09-28 2021-06-15 富士胶片株式会社 光学层叠体
CN110133859B (zh) * 2018-02-09 2021-09-03 中强光电股份有限公司 显示装置
CN115480401A (zh) 2021-06-16 2022-12-16 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4726662A (en) * 1985-09-24 1988-02-23 Talig Corporation Display including a prismatic lens system or a prismatic reflective system
US5506701A (en) * 1993-01-28 1996-04-09 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Hologram color filter, liquid crystal display device using the same, and fabrication process of hologram color filter
US5475513A (en) * 1993-06-02 1995-12-12 Sharp Kabushiki Kaisha Projection type image display device maintaining resolution of an image unaffected by parallax
US5737113A (en) 1995-08-04 1998-04-07 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulators and color image display device employing the same
US5608552A (en) 1995-12-26 1997-03-04 Hughes Electronics Liquid crystal display having an off-axis full-color holographic filter
US5894359A (en) * 1996-08-21 1999-04-13 Victor Company Of Japan, Ltd. Color filter and color display apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US6359719B1 (en) 2002-03-19
JP2000047198A (ja) 2000-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4055970B2 (ja) 液晶光変調素子及び投影表示装置
JPH11174234A (ja) ホログラムカラーフィルタ、ホログラムカラーフィルタの製 造方法及びこれを用いた空間光変調装置
JP3601576B2 (ja) カラー画像表示装置
JPH06308332A (ja) ホログラムを用いたカラーフィルター
JP3647206B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いた投影装置
JP3452276B2 (ja) ホログラムを用いた液晶表示装置とその製造方法
JP2001324762A (ja) 単板式液晶プロジェクタの照明光学系
JPH0798454A (ja) ホログラムカラーフィルターを用いた液晶投影表示装置
JP3461606B2 (ja) 投影型カラー画像表示装置
JP3302267B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いたカラー画像表示装置
JP3200335B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いたカラー画像表示装置
JP3233256B2 (ja) 投影型画像表示装置
JP3236194B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いたカラー画像表示装置
JP3200334B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いたカラー画像表示装置
JP2002006140A (ja) 反射型ホログラムカラーフィルターの製造方法
JP3365101B2 (ja) 液晶表示装置
JP3236195B2 (ja) 光学変調装置及びそれを用いたカラー画像表示装置
JPH09197340A (ja) 色合成光学系及び該色合成光学系を用いた表示装置
JP3244078B2 (ja) 反射型液晶表示装置
JPH08240717A (ja) カラーフィルタ及びカラー表示装置
JP4479982B2 (ja) ホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置
JP3514341B2 (ja) ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置
JP2002055627A (ja) 表示装置
JPH09166781A (ja) ホログラムカラーフィルターシステム
JPH08190092A (ja) ホログラムカラーフィルターを用いた液晶投影表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050301

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20050413

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050427

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20050427

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050415

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051027

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051104

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071207

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101221

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees