JPH09185048A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、カラーフィルタやブラックマ
トリックスなどによる光の損失を防ぎ、光源部からの光
の利用効率を向上させる。 【解決手段】 光源部からの平行光を液晶セル８に照射
してカラー表示をする液晶表示装置において、光源部か
らの平行光を波長ごとに異なる方向に出射するホログラ
ムと、このホログラムから出射された各波長ごとに異な
る方向の光を液晶セル８の各色に対応する画素に集光さ
せる集光レンズ７とを備えた。したがって、光源部から
の平行光をホログラムによって波長ごとに異なる方向に
分光するので、少ない部品点数で確実に光源部からの光
を波長ごとに平行な光として分光でき、このため構造が
簡単になり、しかもホログラムで分光された各波長ごと
の光を集光レンズ７で液晶セル８の各色に対応する画素
に集光させるので、カラーフィルタやブラックマトリッ
クスＢＭなどによる光の損失を防ぐことができ、光の利
用効率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置には、光源部からの
平行な光を液晶セルの背面に照射してカラー表示をする
ものがある。この液晶表示装置では、液晶セルの各画素
に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色からな
るカラーフィルタを用い、光源部からの光がカラーフィ
ルタを透過するときに着色され、これによりカラー表示
を行なっている。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の境界部
分に対応する個所には、その部分から光が漏れるのを防
ぐためのブラックマトリックスが設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな液晶表示装置では、光源部からの光が液晶セルを透
過する際、カラーフィルタによってその補色成分の光が
吸収されるとともに、ブラックマトリックスによって光
が遮断されていまうため、光源部からの光の利用効率が
悪く、カラー表示が暗くなるという問題がある。この発
明の課題は、簡単な構造で、カラーフィルタやブラック
マトリックスなどによる光の損失を防ぎ、光源部からの
光の利用効率を向上させることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、光源部から
の平行光を液晶表示素子に照射してカラー画像を表示す
る液晶表示装置において、光源部からの平行光を波長ご
とに異なる方向に出射するホログラムと、このホログラ
ムから出射された各波長ごとに異なる方向の光を液晶表
示素子の各色に対応する画素に集光させる集光レンズと
を備えたものである。したがって、この発明によれば、
光源部からの平行光をホログラムによって波長ごとに異
なる方向に分光するので、少ない部品点数で確実に光源
部からの光を各波長ごとに平行な光として分光すること
ができ、このため構造が簡単になり、しかもホログラム
で分光された各波長ごとに異なる方向の光を集光レンズ
によって液晶表示素子の各色に対応する画素に集光させ
るので、カラーフィルタでの補色成分の光の損失、およ
びブラックマトリックスでの光の損失を防ぐことがで
き、光源部からの光の利用効率を向上させることができ
る。

【０００５】この場合、請求項２に記載のごとく、ホロ
グラムは、１つの回折格子でいずれの波長をも回折する
とともに、波長によって異なる回折角で回折するもので
も良く、また請求項３に記載のごとく、赤、緑、青の各
波長ごとに波長選択性のある３種類のホログラムを重ね
合わせたものでも良い。さらに、請求項４に記載のごと
く、集光レンズは、液晶表示素子の赤、緑、青の３色の
画素からなる単位画素に対応するマイクロレンズ部を周
期的に配列形成した構造であることが望ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して、こ
の発明を液晶プロジェクタに適用した一実施形態につい
て説明する。図１は液晶プロジェクタの全体構成図であ
る。この図において、１は光源部であり、放物曲面など
からなるリフレクタ２の焦点位置に光源３を配置し、こ
の光源３から発生した光をリフレクタ２によって光軸４
に平行な光として反射する構造になっている。この光源
部１の前方（反射側）には、ホログラム５が光軸４に対
し所定角度傾斜して配置されている。このホログラム５
の出射側には、ホログラム５から出射された光のうち、
特定偏光成分の光を選択して透過する入射側偏光板６が
ホログラム５に対し平行に配置されている。この入射側
偏光板６の出射側には平板状の集光レンズ７が入射側偏
光板６に対し平行に配置されており、集光レンズ７の出
射側には液晶セル８が集光レンズ７に対し平行に配置さ
れている。この液晶セル８の出射側には、液晶セル８を
透過した光のうち、特定偏光成分を選択して透過する出
射側偏光板９が液晶セル８に対し平行に配置されてい
る。さらに、出射側偏光板９の出射側には、出射側偏光
板９を透過した光をスクリーン（図示せず）にカラー画
像として拡大投影する投影レンズ１０が配置されてい
る。

【０００７】液晶セル８は、一対の透明な電極基板間に
液晶を封入したものであり、多数の画素がドットマトリ
ックス状に配列されているとともに、各画素間にブラッ
クマトリックスＢＭが設けられた構造になっている。ま
た、この液晶セル８は、図３に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の３色に対応する画素を１組とし、この１組の画素が単
位画素を構成し、この単位画素が周期的に配列された構
造になっている。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素は、後
述するホログラム５の光の分光方向（同図では左側から
右側に向かう方向）に沿ってＢ、Ｇ、Ｒの順で配列され
ている。なお、この液晶セル８は、カラーフィルタを備
えていても良く、また備えていなくても良い。

【０００８】ホログラム５は、１つの回折格子でＲ、
Ｇ、Ｂのいずれの波長をも回折するとともに、各波長に
応じて異なる回折角で回折する１枚構成のものであり、
図２に示すように、光源部１からの平行光が所定角度を
もって入射し、この入射光をＲ、Ｇ、Ｂの波長ごとに平
行な光として分光する構造になっている。すなわち、こ
のホログラム５は、回折格子が全面均一なピッチで形成
され、各波長のうち、Ｇ波長の光をホログラム５のほぼ
法線方向に向けて出射するように回折し、Ｒ波長の光を
Ｇ波長の光よりも大きい回折角で回折し、Ｂ波長の光を
Ｇ波長の光よりも小さい回折角で回折する構造になって
いる。なお、このホログラム５の光の分光方向（分解方
向）は、図３において、左右方向における左側から右側
に向かう方向に設定されている。

【０００９】集光レンズ７は、ホログラム５で分光され
た各波長ごとに平行な光を液晶セル８の各色に対応する
画素に集光させるものであり、液晶セル８のＲ、Ｇ、Ｂ
の３色からなる単位画素に対応するマイクロレンズ部７
ａが周期的に配列形成された構造になっている。すなわ
ち、このマイクロレンズ部７ａは、図３に示すように、
液晶セル８のＧ用の画素を中心とし、その周囲に隣接す
るＲ用およびＢ用の６個の画素の各中心を結んだ六角形
状に形成されている。この六角形状のマイクロレンズ部
７ａは、図２に示すように、ホログラム５に凸面を向け
た平凸レンズ部であり、各波長ごとに平行に入射した光
を各波長（入射角）に応じてそれぞれ液晶セル８の各色
に対応する画素、つまりＧ波長の光を液晶セル８のＧ用
の画素に、Ｒ波長の光をＲ用の画素に、Ｂ波長の光をＢ
用の画素にそれぞれ集光させる構造になっている。

【００１０】このような液晶プロジェクタでは、図１に
示すように、光源３からの光がリフレクタ２で光軸４に
平行な光として反射され、この平行光がホログラム５に
所定の入射角度で入射する。すると、入射した平行光
は、図２に示すように、ホログラム５によってＲ、Ｇ、
Ｂの各波長ごとに異なる回折角で回折されて各波長ごと
に平行な光として出射される。すなわち、ホログラム５
に入射した光のうち、Ｇ波長の光はホログラム５のほぼ
法線方向に向けて出射され、Ｒ波長の光はＧ波長の光よ
りも大きい角度で回折され、ホログラム５の法線方向に
対し角度をもって出射され、Ｂ波長の光はＧ波長の光よ
りも小さい角度で回折され、ホログラム５の法線方向に
対しＲ波長の光と反対側に角度をもって出射される。

【００１１】ホログラム５から出射された光は、入射側
偏光板６に入射し、この入射側偏光板６によって特定偏
光成分の光が選択されて透過し、この透過した光が集光
レンズ７の各マイクロレンズ部７ａに各波長ごとに異な
る角度で入射する。この波長ごとに異なる入射角の光
は、図２に示すように、マイクロレンズ部７ａによって
それぞれ液晶セル８の各色に対応する画素に集光され
る。すなわち、マイクロレンズブ７ａに入射した光のう
ち、ほぼ垂直に入射したＧ波長の光は液晶セル８のＧ用
の画素に、これに対し特定方向に角度をもって入射した
Ｒ波長の光はＲ用の画素に、Ｒ波長の光と反対側に角度
をもって入射したＢ波長の光はＢ用の画素にそれぞれ集
光される。そして、液晶セル８を透過した光は、出射側
偏光板９で特定偏光成分の光が選択されて透過し、この
透過した光が投影レンズ１０によってスクリーンにカラ
ー画像として拡大投影される。

【００１２】このように、この液晶プロジェクタによれ
ば、光源部１からの平行光をホログラム５でＲ、Ｇ、Ｂ
の各波長ごとに異なる角度の平行光として出射するの
で、少ない部品点数で確実に光源部１からの光を各波長
ごとに平行な光として分光することができ、このため構
造が簡単になり、しかもホログラムで分光された光を集
光レンズ７の各マイクロレンズ部７ａで各波長に応じて
液晶セル８の各色に対応する画素に集光させるので、従
来のようにカラーフィルタで補色成分の光が吸収された
り、また光源部１からの光がブラックマトリックスＢＭ
で遮断されたりすることがなく、カラーフィルタやブラ
ックマトリックスＢＭなどによる光の損失を防ぐことが
でき、これにより光源部１からの光の利用効率を向上さ
せることができ、明るいカラー画像および明るい投影画
像を得ることができる。

【００１３】なお、上記実施形態では、ホログラム５が
１つの回折格子でいずれの波長をも回折するとともに、
各波長ごとに異なる回折角で回折する１枚構成のものを
用いた場合について述べたが、これに限らず、例えば
Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに波長選択性のある３種類のホ
ログラムを重ね合わせた３枚構成のものを用いても良
い。また、上記実施形態では、集光レンズ７のマイクロ
レンズ部７ａを六角形状に形成したが、これに限らず、
例えば図４に示すように、ホログラム５の光の分光方向
に直線的に配列されたＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素のうち、
Ｇ用の画素を中心とする３色の画素を単位画素とし、こ
の単位画素に対応する長方形状にマイクロレンズ部７ｂ
を形成し、このマイクロレンズ部７ｂを周期的に配列形
成したものでも良い。さらに、上記実施形態では、出射
側偏光板９の出射側に投影レンズ１０を配置して表示画
像をスクリーンに拡大投影する液晶プロジェクタに適用
した場合について述べたが、これに限らず、投影レンズ
１０を用いず、表示画像を直接観察する液晶表示装置に
も適用することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源部からの平行光をホログラムによって波長ごと
に異なる方向に分光するので、少ない部品点数で確実に
光源部からの光を各波長ごとに平行な光として分光する
ことができ、このため構造が簡単になり、しかもホログ
ラムで分光された各波長ごとに異なる方向の光を集光レ
ンズによって液晶表示素子の各色に対応する画素に集光
させるので、カラーフィルタでの補色成分の光の損失、
およびブラックマトリックスでの光の損失を防ぐことが
でき、光源部からの光の利用効率を向上させることがで
き、これにより明るいカラー画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した一実施
形態の全体構成図。

【図２】図１の光源部からの光がホログラムおよび集光
レンズを介して液晶セルの各色に対応する画素に集光さ
れる光路状態を示した要部拡大図。

【図３】図２の液晶セルの単位画素に対するマイクロレ
ンズ部の形状を示した図。

【図４】集光レンズの変形例を示した図。

【符号の説明】

１ 光源部 ５ ホログラム ７ 集光レンズ ７ａ、７ｂ マイクロレンズ部 ８ 液晶セル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部からの平行光を液晶表示素子に照
   射してカラー画像を表示する液晶表示装置において、 前記光源部からの平行光を波長ごとに異なる方向に出射
   するホログラムと、このホログラムから出射された各波
   長ごとに異なる方向の光を前記液晶表示素子の各色に対
   応する画素に集光させる集光レンズとを備えたことを特
   徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記ホログラムは、１つの回折格子でい
   ずれの波長をも回折するとともに、波長によって異なる
   回折角で回折するものであることを特徴とする請求項１
   記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記ホログラムは、赤、緑、青の各波長
   ごとに波長選択性のある３種類のホログラムを重ね合わ
   せたものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記集光レンズは、前記液晶表示素子の
   赤、緑、青の３色の画素からなる単位画素に対応するマ
   イクロレンズ部を周期的に配列形成した構造であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示
   素子。