JPH08234143A - 照明システムおよび表示装置 - Google Patents

照明システムおよび表示装置

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JPH08234143A
JPH08234143A JP7341826A JP34182695A JPH08234143A JP H08234143 A JPH08234143 A JP H08234143A JP 7341826 A JP7341826 A JP 7341826A JP 34182695 A JP34182695 A JP 34182695A JP H08234143 A JPH08234143 A JP H08234143A
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light
polarization state
hologram element
polarization
illumination system
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JP7341826A
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Maagaretsuto Deebisu Jirian
マーガレット デービス ジリアン
Uorushiyu Kiyasarin
ウォルシュ キャサリン
Mei Pooru
メイ ポール
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Original Assignee
Sharp Corp
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    • G02F1/133631—Birefringent elements, e.g. for optical compensation with a spatial distribution of the retardation value

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率の高い小型の照明システムを提供
する。 【解決手段】 照明システムは、第１の偏光状態の光を
第２の偏光状態の光から分離するように構成されている
少なくとも一つの光学異方性材料を含む偏光選択性ホロ
グラム素子１８と、第１の偏光状態および第２の偏光状
態のうちの少なくとも一つの光を共通の偏光状態の光に
変換する手段１２、２０、２２、２６とを備えている。
偏光選択性ホログラム素子１８が平面偏光の２つの直交
成分を互いに分離する場合、変換手段は、偏光回転子、
例えば、２分の１波長板２０あるいは４分の１波長板２
２および光を反射して４分の１波長板２２を通過させる
反射板１２、２６を備え得る。偏光選択性ホログラム素
子が円偏光の互いに逆回りの成分を分離する場合、変換
手段は反射板１２、２６を備え得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置の照明シ
ステム、例えば、液晶表示装置のバックライトあるいは
エッジライト、および表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の液晶表示装置において、液晶装置
を照明するバックライトあるいはエッジライトは偏光さ
れなければならない。バックライトあるいはエッジライ
トは、偏光されていない光を出射する多数の蛍光管から
構成されている。光はある偏光状態の光を吸収する偏光
板を通過し、残りの光が液晶ディスプレイに入射する。
従って、バックライトあるいはエッジライトによって出
射された光の約５０％が、液晶ディスプレイに到達する
前に吸収されることがわかるであろう。
【０００３】さらに、カラー液晶表示装置は、赤色光、
緑色光あるいは青色光を透過するフィルターと各々連関
されている３つの液晶セルで構成されている画素を有し
ているので、偏光板によって透過される光の約３分の２
がフィルターによって吸収される。
【０００４】これらの２つの影響がある結果、バックラ
イトあるいはエッジライトによって出射される光の約８
５％が液晶ディスプレイに到達する前に吸収される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題を低減させ
るために、入射したある偏光光の偏光状態を直交偏光に
あわせるように変換する装置が提案されている。その装
置の出力偏光は、液晶表示装置を照明する際に用いるた
めに適している。
【０００６】このような装置は、欧州特許公開公報4674
47号に記載されている。この装置は、比較的大型で、投
射型ディスプレイシステムで用いるのに適している。
【０００７】米国特許第5221982号は、入射する光を偏
光し、異なる位置に入射する光の異なる波長成分を透過
し、それによって、光を吸収してしまうカラーフィルタ
ーをカラー液晶表示装置の液晶層に隣接して設ける必要
性を省くもしくは減ずる光学素子を開示している。この
装置は、異なる波長および偏光成分を互いに分離するた
めにコレステリック材料を用いており、比較的複雑な性
質を有している。
【０００８】カラーディスプレイの照明システムは、米
国特許第4798448号にも記載されている。このシステム
は、平面偏光の２つの直交偏光を互いに分離するように
構成された複屈折性の媒体を有している。複屈折性の媒
体によって透過された光は、入射する光の異なる波長を
異なる量ずつ回折する回折格子に入射し、異なる色に分
離される。回折格子によって透過された光は、入射光の
偏光状態を変化させない第１の領域と入射光の偏光軸を
９０°回転させるように構成された第２の領域とを有す
る、パターン形成された２分の１波長板に入射する。パ
ターン形成された２分の１波長板は、光のある偏光成分
の実質的にすべては第１の領域に入射し、直交偏光光は
第２の領域に入射するように構成されている。従って、
パターン形成された２分の１波長板によって透過された
光は均一な偏光状態を有し、異なる波長の光が液晶セル
のスクリーンあるいはアレイの異なる部分に入射するよ
うに分離される。このシステムは、比較的大型になると
いう欠点を有している。
【０００９】欧州特許公開公報0597261号、欧州特許公
開公報第0573905号および米国特許第5221985号は、偏光
されていない光が直交方向に偏光された２つの成分に分
離されているディスプレイの照明システムを開示してい
る。ある成分は、もう一つの成分の偏光に適合するよう
に変換される。
【００１０】国際特許出願第92/09915号は、ホログラム
を用いたディスプレイの照明システムを開示している。
第１のホログラムは、入射光ビームの偏光を分離する。
得られた偏光ビームは、第２のホログラムによってスク
リーンの異なる場所に集光される。
【００１１】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、光利用効率が高く、平坦なス
クリーンの液晶表示装置等に使用するのに適した小型の
照明システム、ならびにそれを用いた表示装置を提供す
ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の照明システム
は、第１の偏光状態を有する光を第２の偏光状態を有す
る光から分離する偏光選択性素子と、該第１の偏光状態
および該第２の偏光状態のうちの少なくとも一つの状態
の光を共通の偏光状態の光に変換する手段とを備えてお
り、該偏光選択性素子は少なくとも一つの光学異方性材
料を含むホログラム素子であり、そのことにより上記目
的を達成する。
【００１３】前記ホログラム素子は、薄く、実質的に平
坦な形であってもよい。
【００１４】前記ホログラム素子は前記変換手段と実質
的に平行であってもよい。
【００１５】前記変換手段は、前記第２の偏光状態を有
する光を前記第１の偏光状態を有する光に変換してもよ
い。
【００１６】前記ホログラム素子は、あるタイプの楕円
偏光を別のタイプの楕円偏光から分離してもよい。
【００１７】前記ホログラム素子は、あるタイプの円偏
光を別のタイプの円偏光から分離してもよい。
【００１８】前記ホログラム素子は、あるタイプの平面
偏光を直交タイプの平面偏光から分離してもよい。
【００１９】前記ホログラム素子は、前記第１の偏光状
態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射しても
よい。
【００２０】前記ホログラム素子は、前記第１の偏光状
態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射し、前
記変換手段は波長板および反射板を備えていてもよい。
【００２１】前記ホログラム素子は、前記第１の偏光状
態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射し、前
記変換手段は反射板を備えていてもよい。
【００２２】前記ホログラム素子は、前記第１の偏光状
態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射し、前
記変換手段は４分の１波長板および反射板を備えていて
もよい。
【００２３】前記ホログラム素子は、第１の方向に前記
第１の偏光状態を有する光を透過させ、該第１の方向と
は異なる第２の方向に前記第２の偏光状態を有する光を
透過させてもよい。
【００２４】前記ホログラム素子は、第１の方向に前記
第１の偏光状態を有する光を透過させ、該第１の方向と
は異なる第２の方向に前記第２の偏光状態を有する光を
透過させ、前記変換手段は、該第１の偏光状態および該
第２の偏光状態の少なくとも一つを有する光を前記共通
の偏光状態を有する光に変換するように構成された偏光
回転子のアレイを備えていてもよい。
【００２５】前記偏光回転子は２分の１波長板を備えて
いてもよい。
【００２６】前記偏光回転子のアレイは、前記第２の偏
光状態を有する光を前記第１の偏光状態を有する光に変
換する第１の領域と、入射光の偏光状態に影響を与えな
い第２の領域とを有するパターン形成された偏光回転子
を形成していてもよい。
【００２７】前記ホログラム素子は、第１の波長の光を
前記第１の方向に、第２の波長の光を前記第２の方向に
透過させてもよい。
【００２８】前記ホログラム素子は、少なくとも一つの
別の波長の光を前記第１および第２の方向と異なる少な
くとも一つの別の方向に透過させてもよい。
【００２９】前記照明システムは、前記ホログラム素子
に向けて光を出射するように構成されている光源をさら
に備えていてもよい。
【００３０】前記光源は、実質的に偏光されていない光
を出射してもよい。
【００３１】前記ホログラム素子は、光学誘導複屈折ポ
リマーを含んでいてもよい。
【００３２】前記ホログラム素子は、光学誘導複屈折ポ
リマー以外の材料の複屈折層の積層体を有していてもよ
い。
【００３３】前記ホログラム素子は、架橋した液晶ポリ
マーを含んでいてもよい。
【００３４】前記照明システムは、パターン形成された
色選択性ホログラム素子をさらに備えていてもよい。
【００３５】本発明の表示装置は、上述したいずれかの
照明システムと空間光変調器とを備えており、そのこと
により上記目的を達成する。
【００３６】本発明の他の表示装置は、上述したいずれ
かの照明システムと空間光変調器とを備えている表示装
置であって、前記色選択ホログラム素子は、該空間光変
調器と一体化されており、そのことにより上記目的を達
成する。
【００３７】前記空間光変調器は、液晶表示装置を備え
ていてもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】本発明を添付の図面を参照しなが
ら実施例に基づきさらに記載する。ここで同一の参照番
号は、同一の構成要素を示している。
【００３９】図１に示される照明システムは、蛍光管の
アレイあるいは波状チューブである光源１０を備えてい
る。蛍光管は、６１０ｎｍ、５４０ｎｍおよび４５０ｎ
ｍを各々中心とする約２０ｎｍ幅の波長の、赤色、緑色
および青色成分から構成される白色光を出射するように
構成されている。金属ミラーなどの反射板１２が、光を
液晶ディスプレイ１４に導くために蛍光管の後方に設け
られる。蛍光管によって出射される光はディフューザ１
５に入射することによって均一な強度が与えられ、次い
で、液晶ディスプレイのセルに透過光を集光するレンチ
キュラーアレイ１６に入射すると、液晶ディスプレイの
回路素子に入射する光による光損失の量が減少する。
【００４０】レンチキュラーアレイ１６によって透過さ
れる光は、入射する光を三原色に分離し、各色の光を２
つの直交平面偏光光に分離する、薄い透過型偏光選択性
ホログラム素子１８に入射する。米国特許第5161039号
には、本実施態様において用いるために適した透過型偏
光選択性ホログラム素子が記載されている。
【００４１】図１において、２つの偏光成分が、それぞ
れ、ダブルヘッドの矢印および点印によって示されてい
る。偏光選択性ホログラム素子１８で透過された光は、
パターン形成された２分の１波長板２０あるいは偏光選
択性ホログラム素子１８と実質的に平行に配置された別
のパターン形成された偏光回転素子に入射する。２分の
１波長板２０は、入射光の偏光軸を９０°回転させる領
域２０ａおよび入射光の偏光に影響を与えない領域２０
ｂを含むようにパターン形成される。
【００４２】図１に示されるように、ある偏光成分は他
の成分から分離される。ある成分は入射する光の偏光状
態に影響を与えない領域２０ｂを通過し、もう一方の成
分は２分の１波長板２０のもう一つの領域２０ａを通過
する。図１の実施態様において、点印によって示される
成分は２分の１波長板２０による影響を受けず、ダブル
ヘッドの矢印によって示される成分は９０°回転され
る。
【００４３】偏光の２つの成分を互いに分離する他に、
偏光選択性ホログラム素子１８は光の異なる波長を異な
る量ずつ回折する。液晶ディスプレイ１４の画素は、各
画素が偏光選択性ホログラム素子１８からのある波長の
光を受け取るように構成される。この構成によって液晶
ディスプレイ１４にカラーフィルターを設ける必要がな
くなる。
【００４４】図２に示される実施態様は図１に示される
実施態様と類似しているが、偏光選択性ホログラム素子
１８は平面偏光の２つの成分を単に互いに分離するよう
に構成されている。この実施態様では、光源１０は白色
光を出射するように構成される。液晶ディスプレイ１４
の各画素は白色光を受け取るので、カラーフィルター素
子が各画素に対して必要になる。カラーフィルター素子
は、図２においてＲ、ＧおよびＢで各々示されている。
【００４５】図１および図２に示される実施態様は、異
なる方向の円偏光の２つの成分を透過する透過型偏光選
択性ホログラム素子を用いることによって改変され得
る。適した偏光変換手段が、パターン形成された２分の
１波長板２０の代わりに用いられている。
【００４６】図３に示される照明システムは、白色光を
出射するように構成された蛍光管のアレイを備えた光源
１０と、蛍光管の後方に設けられた、光を液晶表示装置
１４に向かって反射させる反射板１２とを備えている。
蛍光管によって出射された光は、４分の１波長板２２に
入射する。蛍光管によって出射された光は実質的に偏光
されていないので、４分の１波長板２２は光の偏光状態
にいかなる影響も与えない。４分の１波長板２２によっ
て透過された光は、平面偏光のある成分を透過させ、か
つ、直交偏光を反射する、反射型偏光選択性ホログラム
素子１８に入射する。反射され、平面偏光となった光は
４分の１波長板２２に入射し、そこで特定の向きの円偏
光光に変換され、次いで反射板１２によって反射される
と、逆回りの円偏光光に変換される。４分の１波長板２
２を通過して戻るときに、反射された光は、偏光選択性
ホログラム素子１８によって反射された偏光の偏光軸と
垂直な偏光軸を有する平面偏光光に変換される。偏光選
択性ホログラム素子１８に入射する反射光の偏光状態
は、偏光選択性ホログラム素子１８によって透過された
光の偏光状態と同じ状態になっている。偏光選択性ホロ
グラム素子１８を透過した光は、光を均一に分散させる
偏光保持ディフューザ２４に入射する。次いで光は、
Ｒ、ＧおよびＢで示されるカラーフィルターのアレイを
有する液晶ディスプレイ１４に入射する。
【００４７】図３に示される実施態様において、偏光選
択性ホログラム素子１８は点印で示される光の成分を透
過し、ダブルヘッドの矢印で示される成分を反射するよ
うに構成される。４分の１波長板２２を通過して戻ると
きに、ダブルヘッドの矢印で示される成分は、特定の向
きの円偏光光、例えば右回りの円偏光光に変換され、次
いで反射板によって反射されると、左回りの円偏光光に
変換される。４分の１波長板２２を通過すると、左回り
の円偏光光は点印によって示される偏光に変換され、次
いで、偏光選択性ホログラム素子１８を通過し得る。
【００４８】図１から図３に示される実施態様は、すべ
てバックライト照明システムである。図４は、反射板１
２を備えた蛍光管を有する光源１０を備えたエッジライ
トシステムを示している。蛍光管は、実質的に偏光され
ていない白色光を出射するように構成されている。蛍光
管によって出射された光の一部は、図３に図示されてい
るものと類似の偏光選択性ホログラム素子１８に直接入
射する。他の偏光されない光は、４分の１波長板２２を
通過し、反射板２６によって反射されてから偏光選択性
ホログラム素子１８に入射する。図４の実施態様におい
て、偏光選択性ホログラム素子１８は、点印で示される
偏光成分を透過し、ダブルヘッドの矢印で表される偏光
成分を反射するように構成される。反射された光は４分
の１波長板２２に入射し、そこで特定の向きの円偏光光
（例えば、右回りの円偏光光）に変換される。円偏光光
は反射板２６によって反射され、その光の偏光状態は逆
回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）に変換され、
４分の１波長板を通過して戻るときに、点によって示さ
れる平面偏光光に変換される。次いで、この成分は偏光
選択性ホログラム素子１８によって透過される。図３の
実施態様のように、偏光選択性ホログラム素子１８によ
って透過された光は、図４においてＲ、ＧおよびＢによ
って示される適切なカラーフィルターを有する液晶ディ
スプレイ１４に光を分散する偏光保持ディフューザ２４
に入射する。
【００４９】図５は、白色光を出射するように構成され
た蛍光管のアレイである光源１０と、蛍光管のアレイの
後方に設けられ、出射された光を液晶装置１４に導くミ
ラーあるいは反射板１２とを備えた照明システムを示し
ている。蛍光管から出射された光は、ある向きの円偏光
光を透過させ、それとは逆回りの円偏光光を反射するよ
うに構成された偏光選択性ホログラム素子１８に入射す
る。反射された光は反射板１２に入射し、そこで逆回り
の円偏光光に変換される。図５の実施態様において、偏
光選択性ホログラム素子１８は、左回りの円偏光光（Ｌ
Ｈ）を透過させ、右回りの円偏光光（ＲＨ）を反射する
ように構成されている。偏光選択性ホログラム素子１８
によって反射された右回りの円偏光光は、反射板１２に
よって反射されると左回りの円偏光光に変換され、次い
で、偏光選択性ホログラム素子１８によって透過され
る。偏光選択性ホログラム素子１８によって透過された
左回りの円偏光光は、４分の１波長板２８に入射し、こ
こで図５において点印で示される平面偏光光に変換され
る。平面偏光光は、適したカラーフィルターを備えた液
晶ディスプレイ１４に光を分散させる偏光保持ディフュ
ーザ２４に入射する。
【００５０】図６に示される照明システムは、図５のバ
ックライトシステムに類似のエッジライトシステムであ
る。光源１０によって出射された偏光されていない光の
一部は、左回りの円偏光光（ＬＨ）を透過させ、右回り
の円偏光光（ＲＨ）を反射するように構成されている反
射型偏光選択性ホログラム素子１８に入射する。残りの
偏光されていない光は、反射板２６によって反射された
後、反射型偏光選択性ホログラム素子１８に入射する。
偏光選択性ホログラム素子１８によって反射された右回
りの偏光光はミラー２６に入射し、そこで左回りの円偏
光光に変換され、偏光選択性ホログラム素子１８に入射
し、透過される。偏光選択性ホログラム素子１８によっ
て透過された左回りの円偏光光は、４分の１波長板２８
に入射し、ここで図６の点印によって示される平面偏光
光に変換される。変換された光は、適切なカラーフィル
ターを有する液晶ディスプレイ１４に平面偏光を分散さ
せる偏光保持ディフューザ２４に入射する。
【００５１】図７は、白色光を出射する蛍光管の形態を
とる光源１０を有する照明システムである。白色光の赤
色、緑色および青色成分は、各々Ｒ、ＧおよびＢで示さ
れる。蛍光管は、図１に示される実施態様で用いられて
いるものと類似している。蛍光管によって出射される光
の一部は均等に光を分散させるディフューザ３０に入射
し、残りの光は反射板２６によって反射されてからディ
フューザ３０に入射する。次いで、この光は、左回りの
円偏光光（ＬＨ）を透過させ、右回りの円偏光光（Ｒ
Ｈ）を反射するように構成されている偏光選択性ホログ
ラム素子１８に入射する。反射された光は反射板２６に
入射し、そこで左回りの円偏光光に変換され、次いで偏
光選択性ホログラム素子１８を通過し得る。偏光選択性
ホログラム素子１８によって透過された左回りの円偏光
光は、パターン形成された色選択性ホログラム素子３２
に入射する。
【００５２】色選択性ホログラム素子３２は、一色の光
を反射し他の二色の光を透過するようにそれぞれが構成
されている素子の第１の層３２ａを備えている。Ｒ、Ｇ
およびＢは、反射された赤色光、緑色光および青色光を
それぞれ表している。第１の層３２ａのすぐとなりには
素子の第２の層３２ｂが設けられている。第２の層３２
ｂの素子は、一色の光を反射し、他の二色の光を透過す
るようにそれぞれ構成されている。図７に示されている
ように、素子の２つの層３２ａおよび３２ｂは、片方の
層の素子がもう一つの層の素子と位置合わせされないよ
うに配置される。２つの層３２ａおよび３２ｂが組み合
わされた結果、一色の光のみが各部分によって透過され
る素子３２が提供される。素子３２によって透過されな
い色は反射され、偏光選択性ホログラム素子１８を通過
し、次いで反射板２６によって反射され、右回りの円偏
光光に変換される。上述したように、右回りの光は偏光
選択性ホログラム素子１８を通過できずに反射され、反
射板２６に再び入射し、そこで左回りの円偏光光に変換
される。次いで、この左回りの円偏光成分は偏光選択性
ホログラム素子１８を通過し、上記のように色選択性ホ
ログラム素子３２に入射し得る。反射板３４は、素子３
２以外のシステムからの光の流出を防止するためあるい
は制限するために設けられている。
【００５３】液晶ディスプレイ（図示せず）は、色選択
性ホログラム素子３２のすぐとなりに設けられている。
液晶ディスプレイの各画素は、色選択性ホログラム素子
３２から一色の光のみを受け取るように構成されてい
る。色選択性ホログラム素子は一連の各色に個別に設け
られた光を吸収してしまうカラーフィルターに代わる役
割を果たすものであることが理解されるであろう。
【００５４】所望であれば、素子３２を通過する「誤っ
た」色のあらゆる光を吸収するために、吸収カラーフィ
ルターのアレイを素子３２と液晶ディスプレイとの間に
設けてもよい。そのようなフィルターによって吸収され
る光は少量であるので、装置の効率が大幅に低減される
ことはない。これらの吸収カラーフィルターは、ホログ
ラム素子によって反射されるシステム外部からの光に関
連する問題を減じるために役立つ。
【００５５】図７の実施態様は、図示されているエッジ
ライトシステムからバックライトシステムの配列に改変
することができる。あるいは、固相光パイプおよびマイ
クロプリズム反射板を用いる平板型蛍光ランプあるいは
エッジライトシステムを用い得る。この実施態様は、あ
る平面偏光成分を反射し、他の成分を透過させるホログ
ラム素子を備えることによって、さらに改変され得る。
【００５６】上記実施態様のそれぞれで用いられている
偏光選択性ホログラム素子１８は、例えば光学異方性ポ
リマー薄膜において偏光を用いる等のように、光学的誘
導複屈折を用いるポリマーにおいて形成され得る。ある
いは、偏光選択性ホログラム素子１８は、ホログラフィ
ー以外の手段によって製造された複屈折層の積層体を備
えていてもよい。
【００５７】ホログラム素子１８は、欧州特許出願第95
206328.6号に開示され、かつ、図８および図９に示され
ている技術を用いて製造され得る。配向処理された液晶
ポリマー層８２が、一対のガラス基板８４の間に設けら
れる。液晶層８２は、適切な従来の技術、例えば、ガラ
ス基板にラビング処理されたポリアミド配向層を設ける
ことによって、配向処理される。配向層は、図示される
ようにガラス基板８４に平行な方向、あるいはガラス基
板８４に垂直な方向に液晶材料の分子が配向されるよう
に構成され得る。
【００５８】液晶層８２は両側から２つの紫外線８６に
よって照射される。これらの２つの紫外線８６は互いに
干渉し、干渉パターンを液晶層８２に形成する。干渉パ
ターンは、ガラス基板８４に実質的に垂直に延び、一連
の縞を有している。
【００５９】液晶層８２の照射によって、架橋可能な液
晶ポリマー鎖は、層８２において影を付けられている９
０などの、干渉パターンが明るい縞を形成している領域
において架橋するが、干渉パターンがキャンセルされる
領域９２においては架橋しない。架橋が生じる液晶層の
領域９０が固定されると、それらの領域９０のディレク
タ８８は、例えば電界が印加されても再配向することは
ない。
【００６０】液晶層８２に干渉パターンを永続的に固定
するために、領域９０の分子のディレクタ８８とは異な
った方向を向いている領域９２の分子のディレクタ８８
で領域９２が固定される。領域９２の固定を達成するた
めの技術の一つを図９に示す。この技術において、透明
電極９４がガラス基板８４に隣接して設けられ、層８２
の固定されていない部分、すなわち、領域９２の分子を
再配向させるために、電圧Ｖが電極に印加される。領域
９２が再配向されると、液晶層８２に強度が一様である
紫外線を照射する。そのような照射によって、固定され
ていない領域９２における液晶ポリマーが完全に架橋す
る。その結果、照射が終了すると、液晶層８２が干渉パ
ターンを有する状態で固定され、ホログラムが液晶層中
に形成される。
【００６１】最初の照射工程では、液晶層８２の一部の
領域が部分的に架橋されることになり得、架橋の範囲は
入射光の強度に依存する。その後の再配向および照射工
程では、部分的に架橋されていた領域が完全に架橋され
る。液晶層において固定されるパターンは、連続的なパ
ターンであっても、不連続な部分を含むパターンであっ
てもよい。
【００６２】代替的な方法として、最初の照射工程の
後、液晶層８２が等方相に加熱され得る。液晶層８２は
均等に照射され、これによって、固定されていない領域
９２および部分的に架橋された領域が完全に架橋され
る。
【００６３】上記の各実施態様において、偏光選択性ホ
ログラム素子１８は、液晶ディスプレイから離れて配置
され得る。しかし、図７の実施態様においては、異なる
色の光を表示することを目的とする液晶ディスプレイの
セルの間のクロストークを防止するために、色選択性ホ
ログラム素子は液晶ディスプレイのすぐとなりに配置さ
れるか、好ましくは、液晶ディスプレイと一体化される
べきである。
【００６４】１０μｍ厚で屈折率変化Δｎが０．２であ
るホログラム膜は、特定の色の光を実質的に１００％反
射することができるので、層３２ａおよび３２ｂは約１
０μｍの厚さを各々有し、層３２全体の厚さは約２０μ
ｍになる。プラスあるいはマイナス６０°の視野角を達
成するためには、コレステリック画素の大きさは少なく
とも７０μｍに制限される。層３２ａおよび３２ｂをず
らすことによって、層３２の反射画素の最小の大きさは
半分になり、画素の大きさが３５μｍ以上の液晶ディス
プレイを用いることが可能になる。
【００６５】屈折率変化Δｎが０．２である１０μｍ厚
の単一のホログラム素子の許容しうる角度帯域は、典型
的には±２０°でしかない。これは、液晶ディスプレイ
の典型的な視野角よりも狭い。ホログラム素子１８およ
び３２の同一領域内にわずかに異なるピッチで多数のホ
ログラムを設けることによって、ホログラム素子の視野
を広くすることが可能になり得る。あるいは、ディフュ
ーザもしくはバックライトあるいはエッジライトの他の
素子を、制限された範囲の拡散角を有するように構成
し、照明システム内の光がホログラム素子１８および３
２の許容しうる帯幅にあるようにすることができる。液
晶表示装置の視野角を広くするために、第２のディフュ
ーザが液晶ディスプレイの後に配置され得る。
【００６６】照明システムが円偏光光ではなく直線偏光
光を必要とする液晶ディスプレイと共同して用いられる
場合、円偏光光を直線偏光光に変換するために、パター
ン形成された４分の１波長板あるいは広帯域４分の１波
長板がパターン形成されたホログラム素子３２の後ろに
配置され得る。このようなパターン形成された４分の１
波長板は、Eurodisplay Conference Proceedings、LTC4
(1993)に記載されているタイプの光誘導複屈折を示すポ
リマーから製造され得る。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明シス
テムはホログラム素子と用いており、かつホログラム素
子の材料として、広い範囲の角度および広いスペクトル
帯域幅にわたってホログラム素子が動作することを可能
にする光学異方性材料を用いている。これにより、平坦
なスクリーン型液晶表示装置に使用するのに適してお
り、また光がほとんど吸収されないせいで高い光利用効
率を実現することのできる小型照明システムを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様による照明システムの
図である。
【図２】第２の実施態様の、図１に類似した図である。
【図３】第３の実施態様の、図１に類似した図である。
【図４】図３の照明システムに類似したエッジライトシ
ステムの図である。
【図５】本発明の第５の実施態様によるエッジライトシ
ステムの図である。
【図６】図５の照明システムに類似したエッジライトシ
ステムの図である。
【図７】本発明の第７の実施態様の図である。
【図８】液晶ポリマーにおいてホログラム素子を製造す
る工程の一部を示す模式図である。
【図９】液晶ポリマーにおいてホログラム素子を製造す
る工程の一部を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 光源 １２ 反射板 １４ ＬＣＤ １５ ディフューザ １６ レンチキュラーアレイ １８ 透過型偏光選択性ホログラム素子 ２０ パターン化された１／２波長板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール メイ イギリス国 シービー３ ０エヌエス，ケ ンブリッジ，ガートン，ソーントン コー ト 21

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の偏光状態を有する光を第２の偏光
    状態を有する光から分離する偏光選択性素子と、 該第１の偏光状態および該第２の偏光状態のうちの少な
    くとも一つの状態の光を共通の偏光状態の光に変換する
    手段と、を備えており、該偏光選択性素子は少なくとも
    一つの光学異方性材料を含むホログラム素子である照明
    システム。
  2. 【請求項２】 前記ホログラム素子は、薄く、実質的に
    平坦な形である、請求項１に記載の照明システム。
  3. 【請求項３】 前記ホログラム素子は前記変換手段と実
    質的に平行である、請求項２に記載の照明システム。
  4. 【請求項４】 前記変換手段は、前記第２の偏光状態を
    有する光を前記第１の偏光状態を有する光に変換する、
    請求項１から３のいずれか１つに記載の照明システム。
  5. 【請求項５】 前記ホログラム素子は、あるタイプの楕
    円偏光を別のタイプの楕円偏光から分離する、請求項１
    から４のいずれか１つに記載の照明システム。
  6. 【請求項６】 前記ホログラム素子は、あるタイプの円
    偏光を別のタイプの円偏光から分離する、請求項５に記
    載の照明システム。
  7. 【請求項７】 前記ホログラム素子は、あるタイプの平
    面偏光を直交タイプの平面偏光から分離する、請求項１
    から４のいずれか１つに記載の照明システム。
  8. 【請求項８】 前記ホログラム素子は、前記第１の偏光
    状態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射す
    る、請求項１から７のいずれか１つに記載の照明システ
    ム。
  9. 【請求項９】 前記ホログラム素子は、前記第１の偏光
    状態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射し、
    前記変換手段は波長板および反射板を備えている、請求
    項５に記載の照明システム。
  10. 【請求項１０】 前記ホログラム素子は、前記第１の偏
    光状態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射
    し、前記変換手段は反射板を備えている、請求項６に記
    載の照明システム。
  11. 【請求項１１】 前記ホログラム素子は、前記第１の偏
    光状態の光を透過し、前記第２の偏光状態の光を反射
    し、前記変換手段は４分の１波長板および反射板を備え
    ている、請求項７に記載の照明システム。
  12. 【請求項１２】 前記ホログラム素子は、第１の方向に
    前記第１の偏光状態を有する光を透過させ、該第１の方
    向とは異なる第２の方向に前記第２の偏光状態を有する
    光を透過させる、請求項１から７のいずれか１つに記載
    の照明システム。
  13. 【請求項１３】 前記ホログラム素子は、第１の方向に
    前記第１の偏光状態を有する光を透過させ、該第１の方
    向とは異なる第２の方向に前記第２の偏光状態を有する
    光を透過させ、 前記変換手段は、該第１の偏光状態および該第２の偏光
    状態の少なくとも一つを有する光を前記共通の偏光状態
    を有する光に変換するように構成された偏光回転子のア
    レイを備えている、請求項７に記載の照明システム。
  14. 【請求項１４】 前記偏光回転子が２分の１波長板を備
    えている、請求項１３に記載の照明システム。
  15. 【請求項１５】 前記偏光回転子のアレイは、前記第２
    の偏光状態を有する光を前記第１の偏光状態を有する光
    に変換する第１の領域と、入射光の偏光状態に影響を与
    えない第２の領域とを有するパターン形成された偏光回
    転子を形成している、請求項１３または１４に記載の照
    明システム。
  16. 【請求項１６】 前記ホログラム素子は、第１の波長の
    光を前記第１の方向に、第２の波長の光を前記第２の方
    向に透過させる、請求項１２から１５のいずれか１つに
    記載の照明システム。
  17. 【請求項１７】 前記ホログラム素子は、少なくとも一
    つの別の波長の光を前記第１および第２の方向と異なる
    少なくとも一つの別の方向に透過させる、請求項１６に
    記載の照明システム。
  18. 【請求項１８】 前記ホログラム素子に向けて光を出射
    するように構成されている光源をさらに備えている、請
    求項１から１７のいずれか１つに記載の照明システム。
  19. 【請求項１９】 前記光源は、実質的に偏光されていな
    い光を出射する、請求項１８に記載の照明システム。
  20. 【請求項２０】 前記ホログラム素子は、光学誘導複屈
    折ポリマーを含んでいる、請求項１から１９のいずれか
    １つに記載の照明システム。
  21. 【請求項２１】 前記ホログラム素子は、光学誘導複屈
    折ポリマー以外の材料の複屈折層の積層体を有してい
    る、請求項１から１９のいずれか１つに記載の照明シス
    テム。
  22. 【請求項２２】 前記ホログラム素子は、架橋した液晶
    ポリマーを含んでいる、請求項１から１９のいずれか１
    つに記載の照明システム。
  23. 【請求項２３】 パターン形成された色選択性ホログラ
    ム素子をさらに備えている、請求項１から１１および１
    ８から２２のいずれか１つに記載の照明システム。
  24. 【請求項２４】 請求項１から２３のいずれか１つに記
    載の照明システムと空間光変調器とを備えている表示装
    置。
  25. 【請求項２５】 請求項１から２３のいずれか１つに記
    載の照明システムと空間光変調器とを備えている表示装
    置であって、前記色選択ホログラム素子は、該空間光変
    調器と一体化されている、請求項２３に記載の表示装
    置。
  26. 【請求項２６】 前記空間光変調器は液晶表示装置を備
    えている、請求項２４あるいは２５に記載の表示装置。
JP7341826A 1994-12-29 1995-12-27 照明システムおよび表示装置 Pending JPH08234143A (ja)

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