JPH0792566B2 - カラ−表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はカラー表示装置に関し、特にテレビ放送用、画
像通信用、医用、工業用そして劇場用等に好適なカラー
表示装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より自然光や複数の波長成分を有する光束から所定
の分光特性を有する光束を選択し表示するようにしたカ
ラー表示装置としてカラーフィルターと液晶ライトバル
ブを組み合わせたものが良く知られている。第１図はこ
の種のカラー表示装置の一例の構成の一部分の概略図で
ある。図中１は複数の波長成分を有する多色光源Ｓから
の白色光束であり、多色光源Ｓからの光束１を空間的に
配置された１画素毎に通常、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、
青色（Ｂ）の３色のカラーフィルターを有するカラーフ
ィルター部２に入射させ色分解を行っている。そして各
カラーフィルター毎に設けた複数のライトバルブ３−１
より成るライトバルブ部３により独立に透過光強度を制
御することにより色再現及び階調出し等を行っている。

カラーフィルターとして代表的なものに染料、顔料等の
光吸収材を利用した吸収型のものが広く使用されてい
る。この他光の進行方向を変化させることにより色を選
択するカラーフィルターとして多重干渉膜や回折格子等
を用いたものが知られている。

液晶ライトバルブとしてはTN（ツイスト・ネマチック）
型、GH（ゲスト・ホスト）型、複屈折制御型、相転移型
そして熱光学効果型等が知られている。

これら従来のカラーフィルターとライトバルブを利用し
たカラー表示装置は第１図に示すように空間的に赤色、
緑色、青色の３つのカラーフィルターR,G,Bを配置して
１つの画素を形成している。この為、例えば赤フィルタ
ー部（Ｒ）に入射する白色光（Ｗ）のうち緑色成分と青
色成分は吸収、反射あるいは回折等で除去されるので光
利用効率は原理的に高々1/3程度である。

実際にはこれにライトバルブの透過率が掛けられ光利用
効率は更に低下してくる。

又カラーフィルターの分光特性は染料等の種類、多層膜
の構成あるいは回折格子の位相変調量（格子の高さ等）
等で決定されるが、現実には理想的な分光特性よりかな
り外れる為、良好なる色再現性を得るのが困難であっ
た。

この他従来のカラー表示装置では１画素毎に異なる３つ
のカラーフィルターを１画素の1/3の大きさで作製しな
ければならず、作製工程、作製時間、歩留まり等の点で
大変困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は回折格子とライトバルブを利用することにより
光利用効率が高く、低消費電力で、かつ明るくしかも色
再現性の優れたカラー表示装置の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 回折格子と少なくとも該回折格子の回折方向に屈折力を
有する複数の集光素子より成る集光光学部材と複数のラ
イトバルブから成る画素を１次元若しくは２次元的に複
数個並べたライトバルブ部を前記回折格子と前記集光光
学部材の１つの集光素子を通過した０次回折光と他の次
数の回折光が該ライトバルブ部の少なくとも１つの画素
に相当する領域に入射するように配置し、前記各々の画
素に相当する複数のライトバルブの透過光強度を制御す
ることにより通過光の波長選択を行いカラー表示を行っ
たことである。

この他本発明の特徴は実施例において記載されている。

（実施例） 第２図（Ａ）は本発明の一実施例の斜視図、第２図
（Ｂ）は同図（Ａ）の動作を模式的に表わした平面図で
ある。図中１は複数の波長成分を有する白色光束、６は
１次元方向に回折する回折格子、５は回折格子６の回折
方向に屈折力を有する複数の集光素子５−１より成る集
光光学部材であり、本実施例ではレンチキュラ板より構
成している。尚集光光学部材５は回折格子６と一体化し
て構成しているが独立に構成しても良い。３は複数のラ
イトバルブを２次元的に配置したライトバルブ部で横方
向の３つのライトバルブ３−1,3−2,3−３で１画素を構
成するようにしている。７は拡散板でありライトバルブ
部３と一体的若しくは独立に構成されている。

本実施例では光源からの白色光束１がレンチキュラ板５
に略垂直に入射している。

本実施例では多色性光源からの白色光束１をレンチキュ
ラ板５で集光させ、回折格子６を介し０次、±１次・・
・の各回折光をライトバルブ部３に導光させている。特
に本実施例では回折格子６の格子ピッチ、位相変化量等
を特定することによりライトバルブ部３に導光する０次
光と±１次の回折光にエネルギーの大半が集中するよう
にして光利用効率の向上を図っている。

即ち多色性光源からの白色光束のうち比視感度の高い緑
色の波長領域を０次光に、それ以外の波長領域である青
色と赤色を±１次光に変換する構成をとっている。

ライトバルブ部３は第２図（Ｂ）に示すように０次回折
光と±１次の各回折光の緑色Ｇ、赤色Ｒ、青色Ｂ等のス
ペクトル光が分布する領域の１画素列の列方向の少なく
とも１画素に相当する３つのライトバルブ３−1,3−2,3
−３に入射するように配置されている。そしてスペクト
ル光として利用しない領域、例えば緑色成分の±１次回
折光や±２次以上の回折光が集中する領域には光束を不
透過とする為の遮光板を配置している。

これにより本実施例では各ライトバルブを通過する透過
光強度を制御することにより透過光の波長選択を行って
いる。

次に具体的な数値をもって説明する。

本実施例では回折格子６を格子ピッチ1.2μｍ、深さ2.7
μｍ、山と谷との比率が1:3の矩形波状のレリーフ型よ
り構成し、その裏面をレンチキュラ面とし、その一要素
のピッチを600μｍとしポリカーボネイトで一体成形し
たものを用いている。

ライトバルブ３はTN結晶を用い裏面を拡散面７としてい
る。

レンチキュラ板５の尾根から谷に向かって緑、青、赤の
色光を得るようにライトバルブ部を配置している。そし
て３つのライトバルブより１画素を形成している。但し
０次回折光の緑色を1/2に分けて使用している。そして
３つのライトバルブの間隙部には±２次以上の回折光を
遮光する為の遮光板を設けている。３−2,3−３の２つ
のライトバルブはピーク波長が440nm,620nmでバンド幅
が順に±40nm,±30nmとなる位置に開口部を設けてい
る。

そして回折格子面６とライトバルブ部３との間隔が0.5m
mのとき、レンチキュラ板の尾根の中心位置から見て青
色開口部は200μｍ、赤色開口部は300μｍの位置を中心
として各々のライトバルブが設置されている。

波長440nm,550nm,620nmでスペクトルピークを有する演
色性の螢光灯を用いたとき０次回折光と１次回折光への
変換効率、即ち光源からライトバルブ部までの光利用効
率は80％程度であり、液晶ライトバルブの透過率が約35
％であり全系としての光利用効率は約30％であった。こ
れは従来のカラー表示装置の光利用効率に比べ５〜６倍
である。

第２図に示す実施例ではレンチキュラ板５の一要素５−
１を通過した光束を回折格子６で回折した後、２画素列
に対応する領域に入射させているが、同図で隣り合う赤
色部分を統一して赤，青，緑，青を１画素としたり、例
えば第３図（Ａ）に示す如く回折格子６へ斜め方向から
光束を入射させ−１次の回折光を利用したり、若しくは
同図（Ｂ）に示す如く回折格子６の格子を非対称性形状
で、所謂ブレーズ化することにより０次回折光及び＋１
次若しくは−１次の回折光のみを利用し、レンチキュラ
板５の一要素５−１を１画素列に対応した領域に入射さ
せるようにしても良い。

例えば第３図（Ａ）に示す実施例では光束１のレンチキ
ュラ板５への入射角は30度、回折格子６の形状は、格子
ピッチ0.6μｍ、深さ1.4μｍ、山と谷の比率1:4の矩形
波状であり、レンチキュラ板５の一要素５−１のピッチ
は600μｍである。

回折格子６とライトバルブ部３との間隔を0.5mmとした
場合、ライトバルブの開口部の中心位置はレンチキュラ
板５の一要素の尾根の中心部から片側に緑色用が290μ
ｍ、反対側に青色用が120μｍ、赤色用が300μｍの位置
に設定されている。

ライトバルブの他の部分、例えば０次回折光と−１次回
折光が入射する領域以外は遮光板が設けられている。不
図示の拡散面７はライトバルブ部３から約0.5mm離れた
位置にあり、赤，緑，青色の分離した光が再び重なり合
い加法混色により任意の色を出すカラー表示装置を達成
している。

第６図は本発明の他の一実施例の概略図であり、本実施
例では第１図の実施例の拡散板７の代わりに投射用のレ
ンチキュラ板８とレンズ９をライトバルブ部３の出射側
に設け結像面にスクリーン10を配置した投射型のカラー
表示装置に適用したものである。

本発明では以上の各実施例で用いたレンチキュラ板の代
わりに複数の微少レンズを２次元的に配置した所謂ハエ
の眼レンズやセルフォックレンズを用い、１つの微少レ
ンズを通過し、回折した所定次数の回折光を少なくとも
１つの画素に相当する領域に入射させるようにしても良
い。

尚本実施例で用いる多色性光源が点光源に近いときは、
例えば第５図に示すように光源51からの光束をコリメー
ターレンズ52で平行光束として回折格子６に入射させる
のが好ましい。

本実施例では第２図の実施例に比べて回折格子６を光源
側に配置することにより回折格子からの反射光を外へ逃
がし迷光を少なくしている。又多色性光源としては特定
波長域に発光を集中させた高演色性の光源を用いるのが
光利用効率及び色再現性等の点で好ましい。

本実施例におけるライトバルブとしては光透過を制御す
ることが出来るものであればどのようなものであっても
良く、前述した液晶ライトバルブの他に電気光学結晶や
薄膜磁性ガーネット等を用いたもの、変形ミラーを利用
したもの、EC（エレクトロクロミック）現象やPC（フォ
トクロミック）現象等を利用したものであっても良い。

０次回折光、即ち緑色領域は空間的にスペクトル分離し
ておらずカラー表示装置の光利用効率を高める意味で０
次回折用のライトバルブは開口部の面積を０次回折光が
全て通過できる程度に大きくしておくのが好ましい。こ
れに対して±１次回折光に対するライトバルブの配置位
置及び開口面積は必要とされる色再現範囲により決定さ
れる。即ちライトバルブ面に集光された１次回折光は波
長により空間的に分離されており各色要素に対応するラ
イトバルブの開口部をどの波長領域に設定するかにより
再現できる色範囲が決定される。

第４図はこのときの色再現の様子をCIE色度図上で示し
た説明図である。同図において（ａ）で示す領域はスペ
クトル光のうち波長450nm,620nmに相当する位置にライ
トバルブの１つの開口部の中心を選択した場合である。

開口部のスリット幅を拡げるに従って色再現範囲は同図
の矢印の光源位置Ｐに近づいてくる。又同図の（ｂ）で
示す領域は同様に開口部の中心を波長480nm,650nmに設
定した場合であり実線で囲まれる範囲内で色再現が可能
となる。尚実際には多色性光源のスペクトル分布に合わ
せた位置やスリット幅等も考慮して設定されている。

ライトバルブ部３から出射する光束はカラー表示装置の
形態によって種々と処理される。例えば直視型の場合は
ライトバルブの直後に透過型の拡散板７を設ければ、こ
れにより画像の観察が可能となる。尚このときライトバ
ルブ部３の片面を拡散面としても良い。又投射型の場合
は投射レンズ若しくは投射ミラーとシュミットレンズ等
から成る投射系によりスクリーン上に投影するようにし
ても良い。画像のアドレスはライトバルブの種類に応じ
て電気アドレス、光アドレス等、任意に設定することが
可能である。

尚以上の各実施例においてレンチキュラ板の光源側に集
光力を有した光学部材、例えばフレネルレンズプレート
を設置すれば光源からの光束の有効利用を図ることが出
来るので好ましい。

又本実施例では透過型のカラー表示装置について示した
が反射型としても同様に使用可能である。

（発明の効果） 本発明によれば従来のように３色のカラーフィルターを
用いずに、回折格子とライトバルブを利用することによ
り高い光利用効率でしかも所定の分光特性を有する色光
を得ることが出来、明るく色再現性に優れたカラー表示
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のカラー表示装置の概略図、第２図
（Ａ），（Ｂ）は各々本発明のカラー表示装置の一実施
例の斜視図と平面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は各々本発
明の他の実施例の説明図、第４図は本発明のカラー表示
装置における色再現範囲の説明図、第５図，第６図は各
々本発明の他の一実施例の説明図である。図中１は白色
光束、２はカラーフィルター、３はライトバルブ部、５
はレンチキュラ板、６は回折格子、７は拡散板、８は投
射用のレンズ、９はレンズ、10はスクリーンである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回折格子と少なくとも該回折格子の回折方
   向に屈折力を有する複数の集光素子より成る集光光学部
   材と複数のライトバルブから成る画素を１次元若しくは
   ２次元的に複数個並べたライトバルブ部を前記回折格子
   と前記集光光学部材の１つの集光素子を通過した０次回
   折光と他の次数の回折光が該ライトバルブ部の少なくと
   も１つの画素に相当する領域に入射するように配置し、
   前記各々の画素に相当する複数のライトバルブの透過光
   強度を制御することにより通過光の波長選択を行いカラ
   ー表示を行ったことを特徴とするカラー表示装置。