JPH09171110A - ホログラムカラーフィルターシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホログラムカラーフィルターの０次透過光を
抑制してそれを用いた表示装置のコントラストの低下を
防止する。 【解決手段】 集光性ホログラム５′のアレーからな
り、その各集光性ホログラム５′が、ホログラム記録面
の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光３を
ホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光す
るホログラムカラーフィルター５において、ホログラム
カラーフィルター５に入射する白色光をＳ偏光のみに制
限する偏光板１３と、ホログラムカラーフィルター５で
回折されないで通過する０次透過光１４を略遮断するル
ーバー、液晶層、多層干渉膜、反射型体積ホログラム、
透明板、透明ウエッジ板あるいは全反射プリズム体と
の、何れか一方が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムカラー
フィルターシステムに係わり、特に、０次透過光を少な
くして、コントラストの良好なカラー液晶液晶表示装置
用のホログラムカラーフィルターシステムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置用のカラーフィルタ
ーとして、従来の波長吸収型のものと比較して、バック
ライトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セルへ入
射でき、バックライトの利用効率を大幅に向上させるも
のとして、本出願人は、特願平５−１２１７０号等にお
いて、ホログラムカラーフィルターを提案した。その構
成には２つのタイプがあり、第１のタイプは、偏心した
フレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーから
なるものである。第２のタイプは、平行で一様な干渉縞
からなるホログラム又は回折格子とそれに重畳したマイ
クロレンズアレーとからなるものである。以下、簡単に
これらのホログラムカラーフィルターについて説明す
る。

【０００３】図１７の断面図を参照にして第１のタイプ
のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に
ついて説明する。同図において、規則的に液晶セル６′
（画素）に区切られた液晶表示素子６のバックライト３
入射側にこのホログラムカラーフィルターを構成するホ
ログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子
６背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック
・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない
偏光板が液晶表示素子６の両側に配置される。なお、ブ
ラック・マトリックス４の間には、従来のカラー液晶表
示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の
光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置
するようにしてもよい。

【０００４】ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色
画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面
内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対応
して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配
置された微小ホログラム５′からなり、微小ホログラム
５′は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの
液晶セル６′各組に整列して各々１個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム５′は、ホログラムアレー５の法
線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中
の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５′に対応す
る３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ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
るものである。そして、微小ホログラム５′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、振幅型等の透過型ホログラムからなる。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、
この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に
応じて異なる回折角で回折する。

【０００５】このような構成であるので、ホログラムア
レー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対
して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入
射させると、波長に依存して微小ホログラム５′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
アレー５面に略平行な方向に分散される。その中の、赤
の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成
分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を
表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよう
に、ホログラムアレー５を構成配置することにより、そ
れぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど
減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する位置の
液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことができ
る。

【０００６】このように、ホログラムアレー５をカラー
フィルターとして用いることにより、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吸収なく
各液晶セル６′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。

【０００７】図１８の断面図を参照にして第２のタイプ
のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に
ついて説明する。同図において、第２のタイプのホログ
ラムカラーフィルター１０は、ホログラム７と集光性マ
イクロレンズアレー８とからなり、マイクロレンズアレ
ー８を構成するマイクロレンズ８′は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分
色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙
面内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対
応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に
配置されている。また、ホログラム７は、回折格子の作
用をする平行で一様な干渉縞からなり、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、
振幅型等の透過型ホログラムからなる。液晶表示素子６
背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック・
マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない偏
光板が液晶表示素子６の両側に配置される。なお、ブラ
ック・マトリックス４の間には、従来のカラー液晶表示
装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光
を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置す
るようにしてもよい。

【０００８】このような構成であるので、ホログラム７
の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角
度θをなしてバックライト３を入射させると、波長に依
存して異なる角度で回折され、ホログラム７の射出側に
分散される。ホログラム７の入射側又は出射側に配置さ
れたマイクロレンズ８′により、この分散された光は、
その焦点面に波長毎に分離されて集光する。その中の、
赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の
成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青
を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよ
うに、カラーフィルター１０を構成配置することによ
り、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほ
とんど減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する
位置の液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことが
できる。

【０００９】このような配置において、ホログラム７と
して、集光性でなく一様な干渉縞からなる回折効率の波
長依存性が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７をマイクロレンズアレー８の各マ
イクロレンズ８′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８のピッチが各液晶セル６′
各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の
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。

【００１０】なお、図１８の変形として、図１９に示す
ように、マイクロレンズアレー８及び液晶表示素子６の
配置を図１８の通りとし、回折格子の作用をする平行で
一様な干渉縞からなるホログラム７をマイクロレンズア
レー８から分離してバックライト３中にその進行方向に
対して略垂直になるように配置しても、同様にバックラ
イトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セル６′へ
入射させることができ、その利用効率を大幅に向上させ
たカラーフィルターを実現することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、バックライ
ト３として自然偏光あるいは楕円偏光を用いた場合に、
本出願人の提案に係る上記のホログラムカラーフィルタ
ー５、１０で回折されずに透過してしまう成分（０次回
折光）が相当存在し、これが迷光となり、カラー液晶表
示装置のコントラスト低下の原因の１つになっている。

【００１２】本発明はこのような従来のホログラムカラ
ーフィルターの問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、ホログラムカラーフィルターの０次透過光を
少なくしてそれを用いた表示装置のコントラストの低下
を防止したホログラムカラーフィルターシステムを提供
することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムカラーフィルターシステムは、要素集光
性ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホロ
グラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度
をなして入射する白色光をホログラム記録面に略沿う方
向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルタ
ー、あるいは、平行で一様な干渉縞からなるホログラム
又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された
要素集光性レンズのアレーとからなり、その要素集光性
レンズ各々が前記ホログラム又は回折格子と協働して、
ホログラム又は回折格子の記録面に所定の角度で入射す
る白色光を要素集光性レンズのアレーの面に略沿う方向
に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルター
において、前記ホログラムカラーフィルターに入射する
白色光をＳ偏光のみに制限する偏光方向制限手段を設け
たことを特徴とするものである。

【００１４】この場合、ホログラムカラーフィルターに
よって回折された光の直線偏光方向を任意の方向に変換
する直線偏光方向変換手段を設けるようにすることもで
きる。

【００１５】本発明のもう１つのホログラムカラーフィ
ルターシステムは、要素集光性ホログラムのアレーから
なり、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録
面の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光を
ホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光す
るホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様
な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側
あるいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレー
とからなり、その要素集光性レンズ各々が前記ホログラ
ム又は回折格子と協働して、ホログラム又は回折格子の
記録面に所定の角度で入射する白色光を要素集光性レン
ズのアレーの面に略沿う方向に波長分散させて分光する
ホログラムカラーフィルターにおいて、前記ホログラム
カラーフィルターで回折されないで通過する０次透過光
を略遮断する０次透過光遮断手段を設けたことを特徴と
するものである。

【００１６】さらに、第３番目の本発明は、要素集光性
ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホログ
ラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度を
なして入射する白色光をホログラム記録面に略沿う方向
に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルタ
ー、あるいは、平行で一様な干渉縞からなるホログラム
又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された
要素集光性レンズのアレーとからなり、その要素集光性
レンズ各々が前記ホログラム又は回折格子と協働して、
ホログラム又は回折格子の記録面に所定の角度で入射す
る白色光を要素集光性レンズのアレーの面に略沿う方向
に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルター
において、前記ホログラムカラーフィルターに入射する
白色光をＳ偏光のみに制限する偏光方向制限手段と、前
記ホログラムカラーフィルターで回折されないで通過す
る０次透過光を略遮断する０次透過光遮断手段とを設け
たことを特徴とするものである。

【００１７】これらの場合、０次透過光遮断手段として
は、ルーバー、０次透過光入射側とは反対側の表面に反
射層又は反射散乱層を配置したルーバー、液晶層、多層
干渉膜、反射型体積ホログラム、透明板、透明ウエッジ
板あるいは全反射プリズム体を用いることができる。

【００１８】なお、これら第２、第３発明においても、
ホログラムカラーフィルターによって回折された光の直
線偏光方向を任意の方向に変換する直線偏光方向変換手
段を設けるようにすることができる。

【００１９】本発明においては、ホログラムカラーフィ
ルターに入射する白色光をＳ偏光のみに制限する偏光方
向制限手段、又は、ホログラムカラーフィルターで回折
されないで通過する０次透過光を略遮断する０次透過光
遮断手段の少なくとも一方を設けるので、波長分散した
回折光をほとんど遮断することなく、迷光の原因となる
０次透過光を略完全に遮断することができ、このホログ
ラムカラーフィルターを用いる液晶表示装置のコントラ
ストの低下を防止することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のホログラムカラー
フィルターシステムの実施例について説明する。図１を
参照にして本発明によるホログラムカラーフィルターシ
ステムの第１の実施例について説明する。この図におけ
るホログラムカラーフィルターは、図１７の微小ホログ
ラムアレーからなるホログラムカラーフィルターである
が、図１８、図１８の平行で一様な干渉縞からなるホロ
グラム又は回折格子とそれに重畳あるいは分離したマイ
クロレンズアレーからなるホログラムカラーフィルター
にも同様に適用できることは以下の説明から明らかにな
ろう。なお、他の実施例においても同様である。

【００２１】図１において、光源１１から放射された白
色光は光学系（放物面鏡）１２により平行なバックライ
ト３に変換されてホログラムカラーフィルター５に入射
角θで入射する。この配置は、図１７、図１８の従来の
配置と同様である。この実施例において、光源１１から
ホログラムカラーフィルター５に到る光路中にＳ偏光成
分のみを選択する偏光板１３が配置されており、バック
ライト３としてＳ偏光のみをホログラムカラーフィルタ
ー５に入射させるようになっている。このように、ホロ
グラムカラーフィルター５に入射させるバックライト３
をＳ偏光とすることにより、ホログラムカラーフィルタ
ー５で回折されずに透過する０次光１４（破線）を大幅
に少なくして、液晶表示装置のコントラストの低下を防
止する。以下に、この点についてさらに詳しく説明す
る。

【００２２】ホログラムによる回折光線の回折効率η
は、コーゲルニクの式（H.Kogelnik"Coupled Wave Theo
ry for Thick Hologram Gratings"Bell Syst. Tech.,J.
48,2909(1969) ）より、 η＝ sin² ν ・・・（１） と表される。ただし、νについては、Ｓ偏光についての
値ν_S は、 ν_S ＝πΔｎδ／｛λ（ cosθ cosθ_S ）^1/2 ｝ ・・・（２） Ｐ偏光についての値ν_P は、 ν_P ＝ν_S cos｛２（φ−θ）｝ ・・・（３） となる（例えば、“ＳＰＩＥ”vol.1507,pp.426-434(19
91) 参照）。ここで、記号は図３に示すように、δはホ
ログラムの干渉縞が記録されている有効厚、λは入射光
の波長、Δｎはホログラム媒質の平均屈折率ｎに対する
干渉縞の屈折率変調、φは干渉縞の法線Ｋのホログラム
の法線に対する角、θはホログラムの法線に対して干渉
縞への入射光のなすホログラム内部での角（図１のバッ
クライト３の入射角θとは異なる。）、θ_S は干渉縞に
よりブラッグ回折された光のホログラム内部でのホログ
ラムの法線に対する角である。

【００２３】このコーゲルニクの式と界面におけるフレ
ネル反射の式とを用いて、０次回折光１４の大きさを計
算すると、入射光を１００％、ホログラムカラーフィル
ター５の平均屈折率ｎを１．５、その屈折率変調Δｎを
０．０３５、ホログラムカラーフィルター５の厚さδを
６μｍ、ホログラムカラーフィルター５の入射側に積層
されたカバーフィルムの屈折率を１．６、バックライト
３の入射角θ（コーゲルニクの式のθとは異なる。）を
４０°、バックライト３の波長λを５１４ｎｍとした場
合、Ｓ偏光が０次光１４として透過する割合は０．４
％、Ｐ偏光が０次光１４として透過する割合は４．３％
となり、この例示より、バックライト３としてＳ偏光の
みを用いると、Ｐ偏光あるいはＳ偏光とＰ偏光が混合し
た自然偏光あるいは楕円偏光を用いる場合に比較して、
０次光１４の割合が大幅に低下し、０次光１４が迷光に
なって液晶表示装置のコントラストを低下させることを
相当程度防止できることが分かる。

【００２４】なお、この場合、ホログラムカラーフィル
ター５で波長分散された回折光１５もＳ偏光となってい
るが、ホログラムカラーフィルター５を入射側に配置す
べき液晶表示素子６（図１７、図１８）の必要な偏光方
向が図１の紙面に垂直なＳ偏光以外の方向である場合に
は、図２に示すように、ホログラムカラーフィルター５
の射出側に２分の１波長板１６を配置し、その光学軸の
方向を適当に選択することにより、所望の偏光方向の直
線偏光に変換することができる。

【００２５】ところで、ホログラムカラーフィルター５
で回折されずに透過した０次光１４は迷光となってコン
トラスト低下の原因となる。この０次透過光１４を微小
ホログラム５′の集光点の前側で取り除くために、第２
実施例においては、図４に示すように、ルーバー１９を
ホログラムカラーフィルター５の射出側に配置する。ル
ーバー１９は透明板１７内に黒色の平面状の薄い吸収層
１８を一定間隔で平行に配置してなるものであり、一定
入射角度以上及び一定入射角度以下の光が吸収層１８に
当たって吸収され透過できなくなるもので、透明板１７
の厚さと吸収層１８間の間隔と透明板１７の平面に対す
る吸収層１８がなす角度とに応じて所定範囲の入射角
度、例えば２４°±６°の間の光のみを通す。したがっ
て、バックライト３の入射角θを例えば４０°に設定し
たホログラムカラーフィルター５の場合には、このルー
バー１９によって、波長分散した回折光１５を何ら遮断
することなく、迷光の原因となる０次透過光１４を完全
に遮断することができる。

【００２６】しかしながら、上記のようなルーバー１９
において、実際には、その入射側の面全体に占める吸収
層１８の断面の面積の割合が比較的大きく、かつ、ホロ
グラムカラーフィルター５で波長分散された回折光１５
の一部も吸収層１８の側面に当たって吸収されるため、
０次透過光１４を遮断できる代わりに、ルーバー１９を
通過できる回折光１５の割合も低くなってしまう。

【００２７】そこで、０次透過光１４を遮断しつつ可能
な限り多くの回折光１５がルーバー１９を通過できるよ
うに、吸収層１８の０次透過光１４入射側とは反対側の
表面に反射特性あるいは反射散乱特性を持たせるように
すると、吸収層１８の側面で吸収される回折光１５の割
合を低めることができる。すなわち、図５に示すよう
に、ルーバー１９中の吸収層１８の０次透過光１４入射
側とは反対側の表面（図の場合は左側の表面）と透明板
１７の間に、アルミ等の反射層あるいは白色反射散乱性
の反射散乱層１８’を配置すると、迷光の原因となる０
次透過光１４は吸収層１８の吸収性表面に入射して完全
に遮断できると共に、回折光１５の中の吸収層１８の両
面に当たる成分の中、０次透過光１４入射側とは反対側
の表面に当たる略半分は反射層あるいは反射散乱層１
８’で反射あるいは反射散乱を受け、ルーバー１９を通
過することになる。したがって、図４の場合に比較して
ルーバー１９を通過できる回折光１５の割合が高くな
り、明るい表示が可能になる。

【００２８】０次透過光１４を微小ホログラム５′の集
光点の前側で取り除く別の手段を設けた第３実施例とし
ては、図６に示すように、透明ガラス板２７、２８で挟
んだ視角範囲の比較的狭い液晶層３０あるいはその両側
に偏光板３１、３２を配置した視角範囲の比較的狭い液
晶層３０をホログラムカラーフィルター５の射出側に配
置する。液晶３０はその相状態あるいはモードに応じて
光が透過できる範囲が決まり、入射光が透過できる角度
範囲である層の法線を中心とする視角範囲φが狭いもの
は容易に入手可能である。なお、その相状態あるいはモ
ードに応じて偏光板３１、３２を配置する必要がある。
したがって、入射角θのバックライト３の０次透過光１
４を通さない視角範囲φ（φ＜θ／２）の液晶層３０を
ホログラムカラーフィルター５の射出側に配置すると、
この液晶層３０によって、波長分散した回折光１５を何
ら遮断することなく、迷光の原因となる０次透過光１４
を遮断することができる。

【００２９】０次透過光１４を微小ホログラム５′の集
光点の前側で取り除く別の手段を設けた第４実施例とし
ては、図７に示すように、透明基板２０の表面に設けた
多層干渉膜２１をホログラムカラーフィルター５の射出
側に配置する。多層干渉膜２１は、反射防止膜、バンド
パスフィルター、反射膜等として周知のものであり、波
長の２分の１あるいは４分の１の厚さの高屈折率、低屈
折率の薄膜を交互に積層してなるもので、市販のものと
して、例えば、４００ｎｍ〜５９０ｎｍの波長範囲で入
射角４０°のものを９９％反射光２２として反射し、入
射角０°のものを４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲で
８０％以上透過するものがあり、波長分散した回折光１
５をほとんど遮断することなく、迷光の原因となる０次
透過光１４を略完全に遮断することができる。

【００３０】０次透過光１４を微小ホログラム５′の集
光点の前側で取り除く別の手段を設けた第５実施例とし
ては、図８に示すように、反射型体積ホログラム４０を
ホログラムカラーフィルター５の射出側に配置する。こ
の反射型体積ホログラム４０は、ホログラムカラーフィ
ルター５で回折されずに透過した０次光１４の波長に応
じた反射特性を有し、回折光１５は反射せずに透過する
特性を有するものである。以下、この反射型体積ホログ
ラム４０について説明する。

【００３１】通常、ホログラムカラーフィルター５は図
９に模式的に示すような回折特性を有する。すなわち、
可視域において緑色の波長領域で最も回折効率が高く、
赤色及び青色の波長領域で回折効率がそれより低下して
いる。このような回折特性のホログラムカラーフィルタ
ー５に白色のバックライト３を入射させると、０次透過
光１４の強度分布は図１０に模式的に示すようになる。
すなわち、緑色領域の相対強度が最も小さく、赤色及び
青色の波長領域での相対強度が比較的大きくなる。そこ
で、このような０次透過光１４を透過させないで反射除
去するために、入射角θで入射してくる０次透過光１４
を図１１に点線で示したような回折特性の体積ホログラ
ムをホログラム記録材料に二重に記録すると、図１１に
実線で示すような回折特性を有する反射型体積ホログラ
ム４０が得られる。このような回折特性の反射型体積ホ
ログラム４０を図８に示すようにホログラムカラーフィ
ルター５の射出側に配置すると、図１１の実線の回折効
率に従う回折を受け、図１２に示すような強度分布の光
が反射型体積ホログラム４０を透過することになるが、
図１０と図１２を比較すれば明らかなように、迷光の原
因となる０次透過光１４は実質的に遮断することができ
る。しかも、反射型体積ホログラム４０は角度依存性が
強いので、回折光１５は何ら影響を受けずに反射型体積
ホログラム４０を透過する。このようにして、波長分散
した回折光１５をほとんど遮断することなく、迷光の原
因となる０次透過光１４を略完全に遮断することができ
る。

【００３２】０次透過光１４を微小ホログラム５′の集
光点の前側で取り除くさらに別の手段を設けた第６実施
例としては、図１３に示すように、ガラス板のような透
明板２３をホログラムカラーフィルター５の射出側に略
平行に配置する。これは、入射角が大きくなるに従って
透明板２３の表面及び裏面でのフレネル反射が大きくな
ることを利用するものである。すなわち、屈折率が小さ
い媒質から屈折率が大きい媒質（図１５の場合は、屈折
率差１．５）へ入射角θ₁ で光が入射する場合、その界
面で図１５に示すような反射率Ｒで入射光が反射され
る。図中、Ｒ_s はＳ偏光の反射率、Ｒ_p はＰ偏光の反射
率である。この図１５から明らかなように、一般的に、
透明板２３への入射角が大きくなるに従って透明板２３
の表面での反射率が大きくなる（Ｐ偏光については、例
外の角度もある。）。透明板２３の裏面での反射率も同
様である。したがって、ホログラムカラーフィルター５
の射出側に、図１３のように、透明板２３を配置して回
折光１５より大きな入射角で入射する０次透過光１４を
より大きな割合で反射光２２として反射させることによ
り、迷光の原因となる０次透過光１４を大部分遮断する
ことができる。なお、このような透明板２３を利用する
場合は、バックライト３として、図１の実施例のよう
に、Ｓ偏光のみを利用する方がより効率的に０次透過光
１４を遮断することができる。その理由は、図１５のＳ
偏光の反射率の曲線Ｒ_s とＰ偏光の反射率の曲線Ｒ_p を
比べれば明らかである。具体例として、バックライト３
の入射角θを７０°、透明板２３の屈折率を１．５、回
折光１５の法線に対する最大角度を６°とする場合、透
明板２３の表面での反射率は、バックライト３をＳ偏光
とすると、０次透過光１４の反射率３０％、回折光１５
の反射率４．１％以下、バックライト３をＰ偏光とする
と、０次透過光１４の反射率４．２％、回折光１５の反
射率３．９％以下となる。

【００３３】第６実施例の変形例として、図１３に破線
で示すように、透明板２３表面に対する０次透過光１４
の入射角がバックライト３の入射角θよりβだけ大きく
なるように、透明板２３を傾けて配置するか、あるい
は、透明板２３の代わりに、図１４に示すように、０次
透過光１４の入射角がバックライト３の入射角θよりβ
だけ大きくなるように入射側表面が傾いた透明ウエッジ
板２４を用いてもよい。この場合、透明板２３あるいは
透明ウエッジ板２４の表面での反射率は、バックライト
３をＳ偏光とすると、０次透過光１４の反射率３９．９
％、回折光１５の反射率４．２％以下、バックライト３
をＰ偏光とすると、０次透過光１４の反射率１０．７
％、回折光１５の反射率３．８％以下となる。なお、透
明ウエッジ板２４を用いる場合、図の右端の厚さが厚く
なりすぎる場合は、フレネルレンズのように表面側の断
面が鋸歯状となるフレネルレンズと同様の考え方に基づ
く変形透明ウエッジ板を用いればよい。なお、以上の第
６実施例においては、間隔を置いて複数の透明板２３あ
るいは透明ウエッジ板２４を配置することにより、迷光
の原因となる０次透過光１４を相対的により高い割合で
遮断することができる。

【００３４】０次透過光１４を微小ホログラム５′の集
光点の前側で取り除くもう１つの手段を設けた第７実施
例としては、図１６に示すように、頂角がγの全反射プ
リズム体２５を入射側の面がホログラムカラーフィルタ
ー５の射出面と略平行になり、かつ、全反射プリズム体
２５の射出側の面が０次透過光１４に対してより大きな
入射角になるように配置するものである。全反射プリズ
ム体２５をこのように配置すると、０次透過光１４は入
射側の面で屈折してその中に入り射出側の面に当たる
が、このときの入射角は入射側の面での屈折角よりγだ
け大きくなるので、この入射角が臨界角以上になるよう
に設定されていれば、０次透過光１４は全反射光２６と
して全反射され、迷光の原因となる０次透過光１４は完
全に遮断される。一方、回折光１５は、全反射プリズム
体２５の入射側の面でほとんど屈折されずに進み、その
射出側の面で若干屈折されるが（図では直進するように
描かれている。）、全反射プリズム体２５の反対側に分
光されて射出することができる。なお、全反射プリズム
体２５は、図の左端の厚さが厚くなりすぎる場合は、図
中点線で示したように、フレネルレンズのように裏面側
の断面が鋸歯状となるフレネルレンズと同様の考え方に
基づく変形全反射プリズム体を用いればよい。数値例と
して、バックライト３の入射角θを４０°、全反射プリ
ズム体２５の屈折率を１．５、回折光１５の法線に対す
る最大角度を６°とする場合、全反射プリズム体２５の
頂角γを１６．４°とすれば、０次透過光１４は全反射
プリズム体２５の射出側の面に臨界角で入射して完全に
遮断される。このときの回折光１５は、全反射プリズム
体２５の射出側の面で、Ｓ偏光の場合は６．０％以下、
Ｐ偏光の場合は３．４％以下しか反射されない。

【００３５】なお、ホログラムカラーフィルター５へ入
射させるバックライト３をＳ偏光のみに選択する図１に
示したような偏光板１３等の偏光面選択手段と、ホログ
ラムカラーフィルター５を通過した０次透過光１４を遮
断する手段である図４、図５に示したようなルーバー１
９、図６に示したような液晶層３０、図７に示したよう
な多層干渉膜２１、図８に示したような反射型体積ホロ
グラム４０、図１３、図１４に示したような透明板２３
又は透明ウエッジ板２４、あるいは、図１６に示すよう
な全反射プリズム体２５とを組み合わせて用いると、０
次光１４によるコントラスト低下を防止する効果はさら
に大きくなる。さらに、その場合も、液晶表示素子６へ
入射させる波長分散された回折光１５を所定の偏光方向
の直線偏光に変換する図２に示したような２分の１波長
板１６をルーバー１９等の入射側又は射出側に配置して
もよい。

【００３６】以上、本発明のホログラムカラーフィルタ
ーシステム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。また、本発明のホログラムカラーフィルター
システムを用いた液晶表示装置をそのまま直視型の液晶
表示装置として、あるいは、投影表示装置用の空間変調
素子として利用して液晶投影表示装置として利用するこ
ともできる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムカラーフィルターシステムによると、ホロ
グラムカラーフィルターに入射する白色光をＳ偏光のみ
に制限する偏光方向制限手段、又は、ホログラムカラー
フィルターで回折されないで通過する０次透過光を略遮
断する０次透過光遮断手段の少なくとも一方を設けるの
で、波長分散した回折光をほとんど遮断することなく、
迷光の原因となる０次透過光を略完全に遮断することが
でき、このホログラムカラーフィルターを用いる液晶表
示装置のコントラストの低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のホログラムカラーフィル
ターシステムの構成と作用を説明するための図である。

【図２】第１実施例の付加的構成とその作用を説明する
ための図である。

【図３】コーゲルニクの式における記号を説明するため
の図である。

【図４】第２実施例のホログラムカラーフィルターシス
テムの構成と作用を説明するための図である。

【図５】第２実施例の変形例のホログラムカラーフィル
ターシステムの構成と作用を説明するための図である。

【図６】第３実施例のホログラムカラーフィルターシス
テムの構成と作用を説明するための図である。

【図７】第４実施例のホログラムカラーフィルターシス
テムの構成と作用を説明するための図である。

【図８】第５実施例のホログラムカラーフィルターシス
テムの構成と作用を説明するための図である。

【図９】ホログラムカラーフィルターの回折特性を模式
的に示す図である。

【図１０】ホログラムカラーフィルターの０次透過光の
強度分布を模式的に示す図である。

【図１１】第５実施例で用いる反射型体積ホログラムの
回折特性を模式的に示す図である。

【図１２】反射型体積ホログラムを透過する０次光の強
度分布を模式的に示す図である。

【図１３】第６実施例のホログラムカラーフィルターシ
ステムの構成と作用を説明するための図である。

【図１４】第６実施例の変形例のホログラムカラーフィ
ルターシステムの構成と作用を説明するための図であ
る。

【図１５】フレネル反射に基づく入射角に依存した反射
率変化を示す図である。

【図１６】第７実施例のホログラムカラーフィルターシ
ステムの構成と作用を説明するための図である。

【図１７】従来の第１のタイプのホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置の断面図である。

【図１８】従来の第２のタイプのホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置の断面図である。

【図１９】図１８の変形例を示す液晶表示装置の断面図
である。

【符号の説明】

３…バックライト ５…ホログラムカラーフィルター ５′…微小ホログラム ６…液晶表示素子 １１…光源 １２…光学系（放物面鏡） １３…偏光板 １４…０次（透過）光 １５…回折光 １６…２分の１波長板 １７…透明板 １８…吸収層 １８’…反射層又は反射散乱層 １９…ルーバー ２０…透明基板 ２１…多層干渉膜 ２２…反射光 ２３…透明板 ２４…透明ウエッジ板 ２５…全反射プリズム体 ２６…全反射光 ２７、２８…透明ガラス板 ３０…液晶層 ３１、３２…偏光板 ４０…反射型体積ホログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川信彦 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大 日本印刷株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 要素集光性ホログラムのアレーからな
   り、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面
   の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光をホ
   ログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光する
   ホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な
   干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あ
   るいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーと
   からなり、その要素集光性レンズ各々が前記ホログラム
   又は回折格子と協働して、ホログラム又は回折格子の記
   録面に所定の角度で入射する白色光を要素集光性レンズ
   のアレーの面に略沿う方向に波長分散させて分光するホ
   ログラムカラーフィルターにおいて、 前記ホログラムカラーフィルターに入射する白色光をＳ
   偏光のみに制限する偏光方向制限手段を設けたことを特
   徴とするホログラムカラーフィルターシステム。
2. 【請求項２】 前記ホログラムカラーフィルターによっ
   て回折された光の直線偏光方向を任意の方向に変換する
   直線偏光方向変換手段を設けたことを特徴とする請求項
   １記載のホログラムカラーフィルターシステム。
3. 【請求項３】 要素集光性ホログラムのアレーからな
   り、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面
   の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光をホ
   ログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光する
   ホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な
   干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あ
   るいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーと
   からなり、その要素集光性レンズ各々が前記ホログラム
   又は回折格子と協働して、ホログラム又は回折格子の記
   録面に所定の角度で入射する白色光を要素集光性レンズ
   のアレーの面に略沿う方向に波長分散させて分光するホ
   ログラムカラーフィルターにおいて、 前記ホログラムカラーフィルターで回折されないで通過
   する０次透過光を略遮断する０次透過光遮断手段を設け
   たことを特徴とするホログラムカラーフィルターシステ
   ム。
4. 【請求項４】 要素集光性ホログラムのアレーからな
   り、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面
   の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光をホ
   ログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光する
   ホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な
   干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あ
   るいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーと
   からなり、その要素集光性レンズ各々が前記ホログラム
   又は回折格子と協働して、ホログラム又は回折格子の記
   録面に所定の角度で入射する白色光を要素集光性レンズ
   のアレーの面に略沿う方向に波長分散させて分光するホ
   ログラムカラーフィルターにおいて、 前記ホログラムカラーフィルターに入射する白色光をＳ
   偏光のみに制限する偏光方向制限手段と、 前記ホログラムカラーフィルターで回折されないで通過
   する０次透過光を略遮断する０次透過光遮断手段とを設
   けたことを特徴とするホログラムカラーフィルターシス
   テム。
5. 【請求項５】 前記０次透過光遮断手段がルーバーから
   なることを特徴とする請求項３又は４記載のホログラム
   カラーフィルターシステム。
6. 【請求項６】 前記ルーバーの前記０次透過光入射側と
   は反対側の表面に反射層又は反射散乱層を配置したこと
   を特徴とする請求項５記載のホログラムカラーフィルタ
   ーシステム。
7. 【請求項７】 前記０次透過光遮断手段が液晶層からな
   ることを特徴とする請求項３又は４記載のホログラムカ
   ラーフィルターシステム。
8. 【請求項８】 前記０次透過光遮断手段が多層干渉膜か
   らなることを特徴とする請求項３又は４記載のホログラ
   ムカラーフィルターシステム。
9. 【請求項９】 前記０次透過光遮断手段が反射型体積ホ
   ログラムからなることを特徴とする請求項３又は４記載
   のホログラムカラーフィルターシステム。
10. 【請求項１０】 前記０次透過光遮断手段が透明板ある
    いは透明ウエッジ板からなることを特徴とする請求項３
    又は４記載のホログラムカラーフィルターシステム。
11. 【請求項１１】 前記０次透過光遮断手段が全反射プリ
    ズム体からなることを特徴とする請求項３又は４記載の
    ホログラムカラーフィルターシステム。
12. 【請求項１２】 前記ホログラムカラーフィルターによ
    って回折された光の直線偏光方向を任意の方向に変換す
    る直線偏光方向変換手段を設けたことを特徴とする請求
    項３又は４記載のホログラムカラーフィルターシステ
    ム。