JP4122041B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
回折格子は、自然光等の入射光を、実質的に回折されない0次回折光、特定の色の波長帯域の光に分離された複数の一次回折光、及び二次回折光等に分離するものである。0次回折光及び一次回折光を効率よく利用すれば、カラーフィルタを使用する場合よりも光の利用効率を高めることができると期待されている。しかし、0次回折光及び一次回折光は回折格子から異なった角度で出射するので、これらを液晶パネルの表示電極のピッチに合わせて利用することは難しい。0次回折光及び一次回折光のうち、利用されない光が制御されることなく出射すると、高品位の画像を得ることができない。
また、液晶表示装置では液晶パネルとともに通常偏光子と検光子とが使用される。しかし、偏光子は光源の光のほぼ半分を吸収し、光を吸収することによって発熱する。特に投射型表示装置では、強い光源を使用する必要があるため、偏光子の発熱量が大きくなり、偏光子を冷却することが必要になる。
本発明の他の目的は、できるだけ平行な光線を回折格子に入射できるようにした投射型表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、高精細な画像を表示するのに適した表示ドットの配列を改善した表示装置を提供することである。
n:基板20の屈折率
T:基板20の厚さT
P:表示電極26R、26G、26Bのドットピッチ
θ1 :入射光Liの回折格子12への入射角
θ(R)、θ(B):緑色の一次回折光LG が液晶パネル16へ垂直に入射するとき(Θ(G)=0)の緑色の一次回折光LG の回折格子12からの出射角を基準(0)としたときの赤色及び青色の一次回折光LR 、LB の回折格子12からの出射角
θ(0):0次回折光Loの回折格子12からの出射角
Θ(R)、Θ(B):一次回折光LR 、LG 、LB の液晶パネル16の基板20内での屈折角
Θ(0):0次回折光Loの液晶パネル16の基板20内での屈折角
h(R)、h(G)、h(B):赤色光、緑色光、青色光の波長
h(G)=2H×sin(θ(0)/2) (1)
h(R)=2H×sin((θ(0)−θ(R))/2) (2)
h(B)=2H×sin((θ(0)−θ(B))/2) (3)
n×sin(Θ(R))=sin(θ(R)) (5)
n×sin(Θ(B))=sin(θ(B)) (6)
T×tan(Θ(0))=P×f(N) (7)
T×tan(Θ(R))=−P (8)
T×tan(Θ(B))= P (9)
f(N)は液晶層に落ちる0次回折光と一次回折光との位置関係を規定する関数であり、実施例ではf(N)=6とした。
これらの関係を使用して、下記の例1から例3の結果が得られる。
パネルサイズ(in) 7.8 9.1 11.3
ドットピッチP(mm) 0.248 0.185 0.14
基板厚さT(mm) 0.7 1.1 1.1
回折格子の
空間周波数 (lp/mm) 1100 930 1225
格子ピッチH (μm) 0.92 1.08 0.816
入射角θi (°) 39 29 35
入射光の拡がり角 (°) 5 4 4.5
一次回折光の出射角θ
(R)( °) −6.6 −4.9 −5.9
(G)( °) 0 0 0
(B)( °) 6.6 4.9 5.9
0次回折光の出射角θ( °) 39 29 35
回折格子12では、入射光Liが回折格子12に入射すると、0次回折光Lo、及び一次回折光LR 、LG 、LB が出射する。緑色の一次回折光LG が液晶パネル16に垂直に入射するようになっている。
下記の例4から例6は一定の間隔で同じ大きさの表示電極26R、26G、26B、及び白表示電極26Wを有する例である。なお、符号は前に説明したのと同様である。
パネルサイズ(in) 10.4 12.1 15
ドットピッチP(mm) 0.33 0.246 0.146
基板厚さT(mm) 0.7 1.1 1.1
回折格子の
空間周波数 (lp/mm) 1100 930 1225
格子ピッチH (μm) 0.92 1.08 0.816
入射角θi (°) 39 29 35
入射光の拡がり角 (°) 5 4 4.5
一次回折光の出射角θ
(R)( °) −6.6 −4.9 −5.9
(G)( °) 0 0 0
(B)( °) 6.6 4.9 5.9
0次回折光の出射角θ( °) 39 29 35
パネルサイズ(in) 5.2 6.1 7.5
ドットピッチP(mm) 0.083 0.062 0.047
基板厚さT(mm) 0.7 1.1 1.1
回折格子の
空間周波数 (lp/mm) 1100 930 1225
格子ピッチH (μm) 0.92 1.08 0.816
入射角θi (°) 39 29 35
入射光の拡がり角 (°) 5 4 4.5
一次回折光の出射角θ
(R)( °) −6.6 −4.9 −5.9
(G)( °) 0 0 0
(B)( °) 6.6 4.9 5.9
0次回折光の出射角θ( °) 39 29 35
図19はこの回折格子52の1画素相当部分を示している。回折格子52はその内部に図19に示されるような所定のパターンの屈折率分布を有し、この屈折率分布が集光手段として機能する。
図21から図35はその他の特徴を示す図である。
図21は投射型表示装置60を示す。この投射型表示装置60は、光源62と、光源62の光を平行光に変換するための光学手段64と、回折格子素子54と、ライトバルブとしての液晶パネル16と、投射レンズ66とを含む。実施例においては、液晶パネル16と投射レンズ66との間にフィールドレンズ68が配置されている。
図36から図69は本発明のその他の特徴を示す図である。表示装置は、光源62と、偏光分離手段76と、集光手段としてのマイクロレンズアレイ14と、マイクロレンズアレイ14を通った光を受けて画像変調する液晶パネル16と、検光子34とを備えている。この偏光分離手段76は、透過及び反射により偏光をP偏光とS偏光に分離する偏光分離膜76bと、偏光分離膜76bを透過又は偏光分離膜76bで反射した偏光を反射させる反射ミラー76cとからなり、偏光分離膜76bを透過又は偏光分離膜76bで反射してマイクロレンズアレイ14に向かう偏光と反射ミラー76cで反射した偏光は、互いの間に偏光分離角度γを形成してマイクロレンズアレイ14へ向かって進むように構成されている。
また図41のように、プリズム形の断面形状の凹部をもった透明な基板76fを積層することによって偏光の分離角を大きくすることもできる。
また図44のように、図42のプリズムをを積層することによって、偏光の分離角を大きくすることもできる。
図45においては、色分離手段は回折格子12からなる。この構成の作用は、前の実施例の説明から明らかであろう。
図46においては、色分離手段はダイクロイックミラー82からなる。ダイクロイックミラー82は赤、緑、青の色毎に設けられる従来のものである。3個のダイクロイックミラー82は回折格子12と同様の作用を行う。
図50は図46の構成に対して回折格子12と偏光分離手段76の配置を逆にした例を示す図である。
図54は、2個の回折格子12x、12yと、偏光変換素子86とを用いて偏光分離と色分離を行うことのできる複合素子を示す。
また、マイクロレンズアレイ14のマイクロレンズの配置は、画素の配置に合わせて、図58のような体心配置、又は図58のような最密配置とすることができる。この回折格子はリソグラフィ技術もしくはレーザー光線による直接描画でも作製可能である。
図64は、偏光分離膜76bと、反射ミラー76cと、偏光変換手段87とを共通のウエッジ状の透明なプリズムアレイ88aに取り付けた例を示す図である。
図67においては、(RGBBGR)をユニットとして表示ドットが一列に形成されている。従って、2つのR、及び2つのBが連続する。
図69においては、図68の2つ分の表示ドットR、Bの大きさを2つ分よりも小さくし、それによって表示ドットGが相対的に大きくなるようにしている。また、表示ドットGの駆動電圧を表示ドットR、Bの駆動電圧よりも高くし、緑色の表示がより強くなるようにしている。
図70から図72は本発明のその他の特徴を示す図である。図70から図75は、液晶パネルの表示ドットの配列の特徴を示す。
画像は複数の画素により構成され、各画素はR、G、Bの表示ドットにより構成される。つまり、画像を形成するための表示の最小単位は表示ドットである。従来、このような表示ドットは、インライン配列あるいはデルタ配列で配置される。しかし、インライン配列の場合には、1画素が正方形であるとすると、各表示ドットは縦横比が1対3の長方形になる。従って、表示ドットは極端に細長くなり、拡散現象が顕著になって配光方向に光量ムラや、色ムラや、ギラツキ感の増大等の問題がある。また、TFT等を設けるために、利用できる表示ドットの短辺の幅はますます小さくなる。
図73から図90は本発明のその他の特徴を示す図である。図73から図90は回折格子12、52、又は回折格子素子54を含む表示装置におけるさらなる画素配列及びバスラインの特徴を示す。表示ドット26r、26g、26bは、ブラックマトリクス(遮光膜)92の開口部として形成される。
図75においては、表示ドット26r、26g、26bは十字形形状に形成される。
図76においては、表示ドット26r、26g、26bは円形形状に形成される。
図77においては、表示ドット26r、26g、26bは八角形形状に形成される。
図78においては、表示ドット26r、26g、26bは楕円形形状に形成される。
図79に示されるように、回折格子素子54から液晶パネル16に入射する光は、赤、緑、青色の波長成分をピークとした波長分布をもっている。従って、各色のピークの位置においてはもっとも多量の光を取り入れるように表示ドット26r、26g、26bの開口サイズを大きくするのが好ましい。
さらに、図83においては、ゲートバスライン36及びデータバスライン38が表示ドット26r、26g、26bを部分的に取り囲むように曲がって形成されている。
図88においては、緑の表示ドット26gが小さく、且つ全ての表示ドット26r、26g、26bの中心が一直線上に位置するようになっている。
図89においては、緑の表示ドット26gが小さく、且つ表示ドット26r、26g、26bの形状が外から内へ次第に小さくなるようになっている。
12 回折格子
14 集光素子
16 液晶パネル
18 液晶層
20、22 基板
26R、26G、26B 表示電極
26r、26g、26b 表示ドット
48 遮光部
52 回折格子
Lo 0次回折光
LR 、LG 、LB 一次回折光
54 回折格子素子
62 光源
63 アパーチャ
64 光学手段
66 投射レンズ
68 フィールドレンズ
76 偏光分離手段
Claims (2)
- 光源(62)と、偏光分離手段(76)と、集光手段(14)と、該集光手段を通った光を受けて画像変調するライトバルブ(16)と、検光子(34)とを備え、該偏光分離手段(76)が、透過及び反射により偏光をP偏光とS偏光に分離する偏光分離膜(76b)と、該偏光分離膜を透過した偏光を反射させ且つ該反射光を再び該偏光分離膜を透過させるように配置された反射ミラー(76c)とからなり、該偏光分離膜を反射して該集光手段に向かう偏光と、該偏光分離膜を透過して該反射ミラーで反射し、再び該偏光分離膜を透過した偏光は、互いの間に偏光分離角度(γ)を形成して該集光手段へ向かって進むようにしたことを特徴とする表示装置。
- さらに色分離手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
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