JPH09203897A - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- JPH09203897A JPH09203897A JP1059196A JP1059196A JPH09203897A JP H09203897 A JPH09203897 A JP H09203897A JP 1059196 A JP1059196 A JP 1059196A JP 1059196 A JP1059196 A JP 1059196A JP H09203897 A JPH09203897 A JP H09203897A
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Abstract
グラム偏光板を用いることにより吸収による光量損失を
なくし、より明るく輝度が高くコントラストの良好な特
にホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置。 【解決手段】 バックライト3光源と、液晶表示素子6
と、液晶表示素子の入射側及び射出側に設けられた2枚
の偏光板12′、13とからなる液晶表示装置におい
て、少なくとも1枚の偏光板12′がホログラム偏光板
からなる。なお、液晶表示素子6は、そのバックライト
3入射側に設けられ、要素ホログラム5′のアレーから
なり、要素ホログラム5′が、入射角θで入射する白色
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を備えている。
Description
し、特に、ホログラム偏光板とホログラムカラーフィル
ターを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置に
関するものである。
ーフィルターを用いたカラー液晶表示装置においては、
表示のためにバックライトは必要不可欠なものである。
しかしながら、カラー液晶表示装置の背後から白色光を
そのまま照射しただけでは、その利用効率は非常に低
い。その原因として、主に下記に示す理由があげられ
る。
スが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄にな
る。 各画素へ入射する白色光の中、R(赤)、G(緑)、
B(青)のカラーフィルターを透過する色成分が制限さ
れてしまうので、その他の補色成分は無駄となってしま
う。 カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。
クロレンズアレーをカラーフィルターの前面に設置し、
白色光のバックライトをそれぞれカラーフィルターセル
R、G、Bへ集光させるようにすることにより、バック
ライトの利用効率を上げる方法が従来より知られてい
る。
各カラーフィルターセルR、G、Bへ分光して照射する
ことはできないために、上記に示す問題の解決はでき
ない。
いずに、ダイクロイックミラー3枚とマイクロレンズア
レーを用いて、光の利用効率を向上させた液晶プロジェ
クターが特開平4−60538号において提案されてい
る。この場合、上記のような顔料、染料等による吸収カ
ラーフィルターが不要になり、上記の〜の問題が解
決され、カラー映像の輝度は向上するが、3枚のダイク
ロイックミラーを必要とするため、光学系・装置が大き
くなり嵩張ってしまう。また、コストも高いものになっ
てしまう問題がある。
平5−12170号等において、液晶表示用バックライ
ト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラム
を利用したカラーフィルター及びそれを用いた液晶表示
装置を提案した。
ルターを用いた液晶表示装置を投影型に変更して、スク
リーン上で明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装
置も、特願平5−242292号等において提案した。
フィルターを用いた液晶表示装置及び液晶投影表示装置
について説明する。まず、図3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
板がホログラムアレー5の入射側と液晶表示素子6の射
出側に配置される。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。
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、他の波長はほとんど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。
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。なお、ホログラムアレー5へのバックライト3の入
射角度θは、ホログラム記録条件、ホログラムアレー5
の厚み、ホログラムアレー5と液晶表示素子6との距離
等の種々の条件により定まるものである。
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。
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。
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の入射側又は射出側に配置さ
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。
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。
ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置をそ
のまま用いて直視型の液晶表示装置として、あるいは、
投影表示用の空間光変調素子として利用して液晶投影表
示装置として用いることができる。図5は図3の液晶表
示装置を液晶投影表示装置として構成する場合の断面図
であり(図4の場合も同様)、ホログラムアレー5の入
射側に近接あるいは一体に第1の偏光板12が、液晶表
示素子6の射出側に近接あるいは一体に第2の偏光板1
3が配置されている。そして、このカラー液晶表示装置
11は、例えばメタルハライドランプ15と放物面鏡1
6の組み合わせからなる照明装置14からの白色の平行
なバックライト3によって照明され、カラー液晶表示装
置11で変調された表示像は、液晶表示装置11の近傍
に配置されたフィールドレンズ17を経て、投影レンズ
18により拡大されてスクリーン19上に拡大結像さ
れ、明るい投影像を得ることができる。
を用いた液晶表示装置においては、ブラック・マトリッ
クス4を含む液晶表示素子6は、実際には、例えば図6
に断面を示すように、液晶表示素子6は、例えば、2枚
のガラス基板21、22の間に挟持されたツイストネマ
チック等の液晶層25からなり、バックライト側のガラ
ス基板21の内表面には、ブラック・マトリックス4と
一様な透明対向電極23が設けられ、表示面側のガラス
基板22の内表面には液晶セルR、G、B毎に独立に透
明画素電極24と不図示のTFTが設けられている。ま
た、電極23、24の液晶層25側には不図示の配向層
も設けられて構成されている。そして、バックライト側
のガラス基板21に近接あるいは接着されて基板26の
液晶表示素子6側表面に設けられたホログラムカラーフ
ィルター5あるいは10が配置され、基板26のバック
ライト側に偏光板12が、液晶表示素子6の観察側ガラ
ス基板22外表面に偏光板13がそれぞれ貼り付けられ
ており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように
配置されている。なお、バックライト側の偏光板12
は、基板26のバックライト側に貼り付ける代わりに、
図6中に点線で示すように、ホログラムカラーフィルタ
ー5から離してバックライト3の光路中に配置する場合
もある。
明画素電極24と透明対向電極23間に印加する電圧を
制御してその透過状態を変化させることにより、カラー
表示が可能となっている。
晶表示装置において、バックライト3は、偏光板12、
ホログラムカラーフィルター5(10)、ブラック・マ
トリックス4、液晶層25、偏光板13を順に透過して
最終的に観察側あるいは投影側に射出される訳である
が、これら各素子により光量損失(ロス)が発生する。
上記のようなホログラムカラーフィルター5又は10の
利用によって、ホログラムカラーフィルター5又は10
でのロス、及び、ブラック・マトリックス4の開口によ
るロスは改善できた。
おいては、偏光板12、13を用いなければならない。
通常、偏光板としては、ヨウ素あるいは色素を添加した
PVA(ポリビニルアルコール)フィルムを延伸したも
のを使用しているため、本来的にヨウ素あるいは色素に
よる吸収が存在し、透過率が低下してしまう(現状で
は、2枚の偏光板で、入射光100に対して透過する部
分は35程度である)。すなわち、本出願人の提案によ
るホログラムカラーフィルターを用いた方式において
も、このような偏光板の使用により、光の利用効率が低
下していた。
実線で示すように、バックライト3が垂直でなく斜めに
入射する配置の場合には、偏光特性の悪化によりコント
ラストが低下するという問題もあった。
みてなされたものであり、その目的は、偏光板として吸
収がなく回折効率の高いホログラム偏光板を用いること
により吸収による光量損失をなくし、より明るく輝度が
高くコントラストの良好な特にホログラムカラーフィル
ターを用いた液晶表示装置を提供することである。
明の液晶表示装置は、バックライト光源と、液晶表示素
子と、該液晶表示素子の入射側及び射出側に設けられた
2枚の偏光板とからなる液晶表示装置において、少なく
とも1枚の偏光板がホログラム偏光板からなることを特
徴とするものである。
ターとブラック・マトリックスを備えたものであること
ができる。そして、そのカラーフィルターが、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
をなして入射する照明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要素集光性
レンズの複合体各々が、ホログラム又は回折格子の記録
面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光を
ホログラム又は回折格子の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からなる
ことが望ましい。
位相型ホログラムからなることが望ましい、特に、ホロ
グラム媒質内で入射光と回折光のなす角度が90°に設
定されているものであることが望ましい。
グラム偏光板で構成される場合、そのバックライト光源
側に透明プリズム体を配置することが望ましい。
液晶表示素子と、この液晶表示素子の入射側及び射出側
に設けられた2枚の偏光板とからなる液晶表示装置にお
いて、少なくとも1枚の偏光板をホログラム偏光板で構
成したので、偏光板での吸収、回折による光量損失が少
なく、より明るく輝度が高くコントラストの良好な液晶
表示装置を実現することができる。本発明は、特にホロ
グラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に適した
ものである。
ると、入射光と回折光のなす角度が90°に設定された
体積位相型ホログラムは、入射光がランダム偏光(S偏
光とP偏光が混じっている偏光)の場合でも、回折光は
S偏光成分のみになる。このことは、"The Bell System
Technical Journal”48(9)1969,pp.2909-2947、特に、
p.2943-2945 のAPPENDIXに示されている。したがって、
図3〜図6のバックライト3に対して、このような角度
関係に設定した干渉縞を有する体積位相型ホログラム
は、ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置
の入射側の偏光板として使用可能である。以下、このよ
うな体積位相型ホログラムを用いた偏光板をホログラム
偏光板と呼ぶ。
は、 (透過強度)=(S偏光の回折効率)×(入射光強度)
×0.5 となる。体積位相型ホログラムのS偏光の回折効率は略
1のものを作製し得るので、原理的にロスのない偏光板
を作製することができる。
も、同様の考え方でホログラム偏光板とすることができ
る。
光板として上記のようなホログラム偏光板を用いた場合
の液晶表示装置の断面図であり、入射側ホログラム偏光
板12′とその入射側に設けられたプリズム体31以外
は、図6の従来例と同様である。プリズム体31は、入
射側ホログラム偏光板12′の媒質と略同じ屈折率の透
明ブロックで、入射側ホログラム偏光板12′内部に所
定の角度でバックライト3が入射するようにするための
ものであり、この所定の角度が臨界角より小さければプ
リズム体31は必ずしも必要なものではない。
斜面に垂直に入射した白色のバックライト3は、入射側
ホログラム偏光板12′に達し、その中のS偏光成分の
みが入射方向に対して90°をなす方向に回折されて選
択され、このS偏光成分を有する光がホログラムカラー
フィルター5内部に入射するバックライト3′となる。
そして、このS偏光の白色バックライト3′は、ホログ
ラムカラーフィルター5で分光され、分光されたR、
G、Bのそれぞれの色成分はそれぞれ対応するR、G、
B画素のブラック・マトリックス4開口内に集光され、
ブラック・マトリックス4でほとんど減衰されずに液晶
層25を通過し、対応する位置の画素状態に応じて偏光
面が回転され、射出側の偏光板13の透過軸方向に応じ
てノーマリーブラック(偏光板13の透過軸がS偏光方
向のとき)又はノーマリーホワイト(偏光板13の透過
軸がP偏光方向のとき)で色再現性が良く明るい色表示
が行われる。
ィルター5の空気からのバックライト入射角θ(図3)
が40°であるとし、ホログラムカラーフィルター5の
平均屈折率を1.5とした場合、ホログラムカラーフィ
ルター5の内部では、バックライト3′の入射角は2
5.4°とならなければならない。したがって、入射側
ホログラム偏光板12′に入射させるバックライト3の
その内部での角度は64.6°となる。この角度は入射
側ホログラム偏光板12′の媒質の臨界角以上であるの
で、プリズム体31は必要である。このような角度(6
4.6°)でバックライト3が入射側ホログラム偏光板
12′に入射するようにプリズム体31の形状を設定す
る。
表示素子6の射出側の偏光板13も同様なホログラム偏
光板13′で置き換えた場合の液晶表示装置の断面図で
あり、プリズム体31から液晶表示素子6のガラス基板
22までの構成は図1と同様である。この実施例におい
ては、ホログラム偏光板13′としてホログラム偏光板
12′と同じホログラムを用いており、液晶表示素子6
の表面に対して射出側ホログラム偏光板13′を傾けて
配置してある。この傾け角は、射出側ホログラム偏光板
13′中の干渉縞が液晶表示素子6表面の法線に対して
45°となるような角度であり、図1の数値例の場合、
射出側ホログラム偏光板13′の傾け角は25.4°と
なる。そして、液晶表示素子6のガラス基板22とホロ
グラム偏光板13′の間に射出側ホログラム偏光板1
3′の媒質と略同じ屈折率のプリズム体32を配置し、
また、射出側ホログラム偏光板13′で回折されたS偏
光成分34を外へ出し、同時に表示方向の曲がりを補正
するために射出側ホログラム偏光板13′の媒質と略同
じ屈折率のプリズム体33をその射出側に配置してあ
る。ただし、これらプリズム体32、33は必ずしも必
要なものではない。なお、図2の配置は、入射側ホログ
ラム偏光板12′と射出側ホログラム偏光板13′の透
過軸が直交するノーマリーホワイトの状態であるが、射
出側ホログラム偏光板13′を液晶表示素子6表面の法
線の周りで90°回転させることによりノーマリーブラ
ックの配置に変更することができる。また、射出側ホロ
グラム偏光板13′で回折された不要成分34を吸収さ
せるために、吸収層をプリズム体33の側面に設けるよ
うにしてもよい。
カラーフィルターを用いた液晶表示装置を例にあげなが
ら説明してきたが、本発明はホログラムカラーフィルタ
ーの代わりに通常の吸収型のカラーフィルターを用いた
液晶表示装置、あるいは、何らカラーフィルターを用い
ない液晶表示装置にも適用できる。また、液晶として
は、ツイストネマチック液晶に限らず他の液晶を用いる
タイプの液晶表示装置にも適用できる。ホログラム偏光
板を用いる偏光板として射出側のみにすることもでき
る。なお、ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表
示装置の場合、ホログラムカラーフィルター5のホログ
ラムとしては、単層あるいは1枚のホログラムからなる
ものに限らず、特願平7−290819号、同7−29
0820号記載のもののように、波長分散の空間的な波
長分布は相互に略一致しており、かつ、回折効率のピー
ク波長が相互に異なっている2枚以上あるいは2層以上
の重畳あるいは多重記録されてなるホログラムからなる
ものであってもよい。
の液晶表示装置によると、バックライト光源と、液晶表
示素子と、この液晶表示素子の入射側及び射出側に設け
られた2枚の偏光板とからなる液晶表示装置において、
少なくとも1枚の偏光板をホログラム偏光板で構成した
ので、偏光板での吸収、回折による光量損失が少なく、
より明るく輝度が高くコントラストの良好な液晶表示装
置を実現することができる。本発明は、特にホログラム
カラーフィルターを用いた液晶表示装置に適したもので
ある。
図である。
用いた液晶表示装置の概略断面図である。
用いた液晶表示装置の概略断面図である。
の断面図である。
クライト 4…ブラック・マトリックス 5…ホログラムアレー(ホログラムカラーフィルター) 6…液晶表示素子 5′…微小ホログラム 6′…液晶セル 7…ホログラム 8…集光性マイクロレンズアレー 8′…マイクロレンズ 10…ホログラムカラーフィルター 11…カラー液晶表示装置 12、13…偏光板 12′、13′…ホログラム偏光板 14…照明装置 15…メタルハライドランプ(線光源) 16…放物面鏡 17…フィールドレンズ 18…投影レンズ 19…スクリーン 21…バックライト側ガラス基板 22…表示面側ガラス基板 23…透明対向電極 24…透明画素電極 25…液晶層 31、32、33…プリズム体 34…回折光(不要成分)
Claims (6)
- 【請求項1】 バックライト光源と、液晶表示素子と、
該液晶表示素子の入射側及び射出側に設けられた2枚の
偏光板とからなる液晶表示装置において、少なくとも1
枚の偏光板がホログラム偏光板からなることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記液晶表示素子が、カラーフィルター
とブラック・マトリックスを備えていることを特徴とす
る請求項1記載の液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記カラーフィルターが、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
して入射する照明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要素集光性レン
ズの複合体各々が、ホログラム又は回折格子の記録面の
法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホロ
グラム又は回折格子の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からなること
を特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記ホログラム偏光板が、体積位相型ホ
ログラムからなることを特徴とする請求項1から3の何
れか1項記載の液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記ホログラム偏光板が、ホログラム媒
質内で入射光と回折光のなす角度が90°に設定されて
いることを特徴とする請求項4記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】 前記液晶表示素子の入射側偏光板が前記
ホログラム偏光板で構成され、そのバックライト光源側
に透明プリズム体を配置したことを特徴とする請求項1
から5の何れか1項記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01059196A JP3608756B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01059196A JP3608756B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09203897A true JPH09203897A (ja) | 1997-08-05 |
JP3608756B2 JP3608756B2 (ja) | 2005-01-12 |
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ID=11754497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP01059196A Expired - Fee Related JP3608756B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3608756B2 (ja) |
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