JPH0922005A - Liquid crystal display device formed by using hologram color filter - Google Patents

Liquid crystal display device formed by using hologram color filter

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JPH0922005A
JPH0922005A JP17092195A JP17092195A JPH0922005A JP H0922005 A JPH0922005 A JP H0922005A JP 17092195 A JP17092195 A JP 17092195A JP 17092195 A JP17092195 A JP 17092195A JP H0922005 A JPH0922005 A JP H0922005A
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hologram
liquid crystal
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crystal display
color filter
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Yoichi Mori
陽一 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a device using hologram color filters which do not degrade color purity and have good color reproducibility even if line light sources of metal halide lamps, etc., are used. SOLUTION: This device has a liquid crystal display element and the hologram color filters which are disposed on the incident side of the illumination light 3 thereof, consists of an array of element holograms 5' and spectrally split incident white light 3 by causing the wavelength dispersion of the light in a direction (y) approximately along the hologram recording surfaces. In such a case, the light source of the illumination light has the line light source 15 and an optical system 16 for converting the luminous flux radiated from the line light source 15 to approximately parallel luminous fluxes within the plane orthogonal with the line light source 1 and is so arranged that the direction of the line of the line light source 15 faces the direction (x) approximately orthogonal with the wavelength dispersion and diffraction direction (y) by the hologram color filters.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置に関し、特に、照明光の利
用効率を大幅に向上させ、色純度、色再現性の良好なホ
ログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device using a hologram color filter, and in particular, a hologram color filter having a color purity and a color reproducibility which greatly improve the utilization efficiency of illumination light. The present invention relates to a liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、顔料、染料等による吸収カラ
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a color liquid crystal display device using an absorption color filter using a pigment, a dye or the like,
The backlight is indispensable for display.
However, if white light is simply irradiated from behind the color liquid crystal display device, its utilization efficiency is very low. The main reasons are as follows.

【0003】各色のセル以外のブラック・マトリック
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。
[0003] The area occupied by the black matrix other than the cells of each color is large, and the light hitting it is wasted. Among white light incident on each pixel, R (red), G (green),
Since the color components passing through the B (blue) color filter are limited, other complementary color components are wasted. There is a loss due to absorption in the color filter.

【0004】このような問題を解決すべく、図6に示す
ように、例えばマイクロレンズアレー2をカラーフィル
ター1の前面に設置し、白色光のバックライト3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3の利用効率を上げる
方法が従来より知られている。なお、図6において、符
号4はカラーフィルターセルR、G、B間に設けられた
ブラック・マトリックスを示す。
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 6, for example, a microlens array 2 is installed in front of the color filter 1, and a white light backlight 3 is provided in each of the color filter cells R, G, B. Conventionally, a method of increasing the utilization efficiency of the backlight 3 by collecting the light is known. In FIG. 6, reference numeral 4 indicates a black matrix provided between the color filter cells R, G and B.

【0005】しかしながら、この方法でも、白色光3を
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。
[0005] However, even with this method, it is not possible to irradiate the white light 3 to each of the color filter cells R, G, B in a spectral manner, so that the above-mentioned problem cannot be solved.

【0006】さらに、このようなカラーフィルターを用
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。
Further, a liquid crystal projector in which the use efficiency of light is improved by using three dichroic mirrors and a microlens array without using such a color filter has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-60538. In this case, the above-mentioned absorption color filters using pigments, dyes and the like become unnecessary, and the above-mentioned problems (1) to (5) are solved, and the luminance of a color image is improved. However, since three dichroic mirrors are required, optical The system and equipment become large and bulky. In addition, there is a problem that the cost becomes high.

【0007】このような状況に鑑み、本出願人は、特願
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。
In view of such a situation, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 5-12170, etc. a color filter using a hologram and a color filter using the hologram in order to significantly improve the utilization efficiency of a liquid crystal display backlight or the like. We have proposed a liquid crystal display device using.

【0008】さらに、このようなホログラムカラーフィ
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。
Further, a liquid crystal projection display device which changes the liquid crystal display device using such a hologram color filter to a projection type and displays a bright color image on a screen is proposed in Japanese Patent Application No. 5-242292. did.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なホログラムカラーフィルターは波長分散によりR、
G、Bの色を発色させているが、その色純度を良好にす
るためには、バックライトとして平行光束が必要であ
る。しかしながら、上記のホログラムカラーフィルター
を用いた液晶表示装置、特に、投影型の場合に、バック
ライト光源として光量の強いメタルハライドランプ等の
放電灯が用いられるが、これは点光源ではなく線光源と
なっているため、これを放物面鏡、集光レンズ等の光学
系を用いても、平行度の低いバックライトにしかなら
ず、色純度を低下させる原因になっていた。
By the way, the hologram color filter as described above has an R
Although the colors G and B are developed, a parallel light flux is required as a backlight in order to improve the color purity. However, a liquid crystal display device using the above hologram color filter, in particular, in the case of a projection type, a discharge lamp such as a metal halide lamp having a strong light amount is used as a backlight light source, but this is not a point light source but a line light source. Therefore, even if an optical system such as a parabolic mirror or a condensing lens is used, this results in a backlight with low parallelism, which causes a decrease in color purity.

【0010】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、メタルハライド
ランプ等の線光源を用いても、色純度の低下を招かず、
色再現性の良好な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。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to prevent the deterioration of color purity even if a linear light source such as a metal halide lamp is used.
A liquid crystal display device using a hologram color filter having good color reproducibility.

【0011】[0011]

【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を用いた液晶表示装置
は、少なくも液晶表示素子と、その照明光入射側に設け
られ、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
射する白色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
ルターとを備えた液晶表示装置において、前記照明光の
光源が、線光源と、該線光源から放射された光束を該線
光源に直交する面内で略平行な光束に変換する光学系と
を備え、かつ、前記線光源の線の方向が前記ホログラム
カラーフィルターによる波長分散回折方向に略直交する
方向に向くように配置されてなることを特徴とするもの
である。
A liquid crystal display device using a hologram color filter of the present invention that achieves the above-mentioned object is provided with at least a liquid crystal display element and an illumination light incident side thereof, and is provided with an element condensing hologram. A hologram color filter consisting of an array, in which each element condensing hologram disperses white light incident at a predetermined angle with respect to the normal line of the hologram recording surface by wavelength dispersion in a direction substantially along the hologram recording surface. , Or a hologram or diffraction grating consisting of parallel and uniform interference fringes and an array of element condensing lenses arranged on the incident side or the exit side thereof,
The hologram or diffraction grating consisting of parallel and uniform interference fringes and the complex of the element condensing lens respectively emit white light incident at a predetermined angle with respect to the normal to the recording surface of the hologram or diffraction grating. In a liquid crystal display device including a hologram color filter that disperses wavelengths in a direction substantially along a recording surface of a hologram or a diffraction grating and disperses the light, a light source of the illumination light includes a line light source and a light beam emitted from the line light source. An optical system for converting into a light flux which is substantially parallel in a plane orthogonal to the linear light source, and the line direction of the linear light source is oriented substantially orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction by the hologram color filter. It is characterized by being arranged.

【0012】この場合、線光源としてはメタルハライド
ランプ等を用いることができる。
In this case, a metal halide lamp or the like can be used as the linear light source.

【0013】また、この液晶表示装置は、表示画像をス
クリーン上に投影する投影光学系を備えた投影型のもの
として構成することもできる。
Further, this liquid crystal display device can also be constructed as a projection type device having a projection optical system for projecting a display image on a screen.

【0014】[0014]

【作用】本発明においては、照明光の光源が、線光源
と、この線光源から放射された光束を線光源に直交する
面内で略平行な光束に変換する光学系とを備え、かつ、
その線光源の線の方向がホログラムカラーフィルターに
よる波長分散回折方向に略直交する方向に向くように配
置されているので、ホログラムカラーフィルターで回折
された光の各色の波長成分が対応する色を表示する液晶
セル以外の液晶セルに入射することがなくなるため、表
示の色純度、色再現性が良好になり、かつ、照明光の利
用効率を大幅に向上させることができる。
In the present invention, the light source of the illumination light includes a linear light source and an optical system for converting the luminous flux emitted from the linear light source into a luminous flux substantially parallel to the plane orthogonal to the linear light source, and
Since the line direction of the line light source is arranged to be substantially orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction by the hologram color filter, the wavelength component of each color of the light diffracted by the hologram color filter displays the corresponding color. Since the light does not enter the liquid crystal cells other than the liquid crystal cells that operate, the color purity and color reproducibility of the display are improved, and the utilization efficiency of the illumination light can be significantly improved.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明のホログラムカラーフィルター
を用いた液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。ま
ず、図3の断面図を参照にして本発明において対象とす
る第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。
EXAMPLES A liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention will be described below based on examples. First, a liquid crystal display device using a hologram color filter of the first type, which is the object of the present invention, will be described with reference to the sectional view of FIG. In the figure, a hologram array 5 constituting a color filter is arranged at a distance from the backlight 3 incident side of a liquid crystal display element 6 which is regularly divided into liquid crystal cells 6 '(pixels). On the back surface of the liquid crystal display element 6, a black matrix 4 provided between the liquid crystal cells 6 'is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are provided on the incident side of the hologram array 5 and the liquid crystal display element 6.
It is placed on the injection side of. In addition, between the black matrix 4 and R, as in the conventional color liquid crystal display device,
An absorptive color filter that transmits light of colors corresponding to the G and B color separation pixels may be additionally arranged.

【0016】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。
The hologram array 5 corresponds to a repeating cycle of R, G, and B color-separating pixels, that is, a set of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the in-plane direction of the liquid crystal display element 6. It is composed of minute holograms 5'arranged in an array at the same pitch as the repeating pitch, and the minute holograms 5'are aligned in groups of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the paper surface of the liquid crystal display element 6 to form one group. The micro holograms 5'are arranged one by one, and each micro hologram 5'corresponds to the micro hologram 5'the light of the green component in the backlight 3 which is incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram array 5. It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to collect light on the liquid crystal cell G at the center of the three color-dividing pixels R, G, and B. The micro hologram 5 ′ has a relief type, which has no or little wavelength dependence of the diffraction efficiency.
It consists of transmission holograms such as phase type and amplitude type. Here, the fact that there is no or little wavelength dependence of the diffraction efficiency is not a type that diffracts only a specific wavelength and does not diffract other wavelengths like a Lippman hologram,
Means that one diffraction grating diffracts any wavelength,
The diffraction grating having a small wavelength dependence of the diffraction efficiency diffracts at different diffraction angles according to the wavelength.

【0017】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。
With such a structure, when the white backlight 3 which is incident at an angle θ with respect to the normal line from the surface of the hologram array 5 on the side opposite to the liquid crystal display element 6, is incident, the wavelength is changed. The diffraction angles of the minute holograms 5'are different depending on the wavelengths, and the focusing positions for each wavelength are dispersed in the direction parallel to the surface of the hologram array 5. Among them, the red wavelength component is located at the position of the liquid crystal cell R displaying red, the green component is located at the position of the liquid crystal cell G displaying green, and the blue component is located at the position of the liquid crystal cell B displaying blue. By arranging the hologram array 5 so as to diffract and collect light, each color component passes through each liquid crystal cell 6 ′ with almost no attenuation in the black matrix 4 and the liquid crystal cell 6 ′ at the corresponding position. Color display can be performed according to the state. The angle of incidence θ of the backlight 3 on the hologram array 5 depends on the hologram recording conditions, hologram array 5
Of the hologram array 5, the distance between the hologram array 5 and the liquid crystal display element 6, and the like.

【0018】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。
As described above, by using the hologram array 5 as a color filter, each wavelength component of the conventional color filter backlight can be made incident to each liquid crystal cell 6'without being absorbed, and its utilization efficiency is improved. Can be significantly improved.

【0019】次に、図4の断面図を参照にして本発明に
おいて対象とする第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1
0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。
Next, the liquid crystal display device using the second type hologram color filter, which is the object of the present invention, will be described with reference to the sectional view of FIG. In the figure, the second type hologram color filter 1
0 is composed of a hologram 7 and a condensing microlens array 8, and a microlens 8 ′ forming the microlens array 8 has a repeating period of R, G, and B color separation pixels,
That is, the three adjacent liquid crystal display elements 6 in the direction of the paper surface
Corresponding to each set of two liquid crystal cells 6 ', they are arranged in an array at the same pitch as the repeating pitch. Also,
The hologram 7 is formed of parallel and uniform interference fringes acting as a diffraction grating, and is a relief type, phase type, amplitude type, or other transmission type hologram having no or little wavelength dependence of diffraction efficiency. On the back surface of the liquid crystal display element 6, a black matrix 4 provided between the liquid crystal cells 6 'is arranged. In addition to the above, the polarizing plate not shown is the liquid crystal display element 6.
Placed on both sides of. Black Matrix 4
In between, as in the conventional color liquid crystal display device, R,
An absorptive color filter that transmits light of colors corresponding to the G and B color separation pixels may be additionally arranged.

【0020】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。
Due to this structure, the hologram 7
When the backlight 3 is incident on the surface opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to the normal line, the light is diffracted at different angles depending on the wavelength and dispersed on the exit side of the hologram 7. . Due to the microlenses 8 ′ arranged on the entrance side or the exit side of the hologram 7, this dispersed light
The light is separated and focused on the focal plane for each wavelength. Among them,
The red wavelength component is diffracted and condensed at the position of the liquid crystal cell R for displaying red, the green component is diffracted and condensed at the position of the liquid crystal cell G for displaying green, and the blue component is condensed at the position of the liquid crystal cell B for displaying blue. As described above, by arranging the color filter 10, each color component passes through each liquid crystal cell 6 'with little attenuation by the black matrix 4, and corresponds to the state of the liquid crystal cell 6' at the corresponding position. Color display can be performed.

【0021】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
図6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。
In such an arrangement, as the hologram 7, a transmission type hologram having uniform diffraction fringes having a small wavelength dependence of diffraction efficiency can be used as the hologram 7, so that the hologram 7 is made to be a microlens array 8. No need to be aligned with each microlens 8 ', and the pitch of the microlens array 8 depends on each liquid crystal cell 6'.
This is three times as large as that in the conventional case of FIG. 6 in which one microlens is arranged corresponding to each, and is characterized in that it is easy to make and aligns easily.

【0022】また、図3及び図4に示したような構成の
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。
Further, the liquid crystal display device using the hologram color filter having the structure shown in FIGS. 3 and 4 is used as it is as a direct-view type liquid crystal display device, or
It can be used as a liquid crystal projection display device by utilizing it as a spatial light modulator for projection display. FIG. 5 is a sectional view when the liquid crystal display device of FIG. 3 is configured as a liquid crystal projection display device (similarly in the case of FIG. 4), in which the first polarizing plate 12 is provided close to or integrally with the incident side of the hologram array 5. , The second polarizing plate 1 close to or integrally with the exit side of the liquid crystal display element 6.
3 are arranged. The color liquid crystal display device 11 includes, for example, a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 1.
The display image illuminated by the white parallel backlight 3 from the illumination device 14 including the combination of 6 and modulated by the color liquid crystal display device 11 passes through the field lens 17 disposed near the liquid crystal display device 11, It is enlarged by the projection lens 18 and is enlarged and imaged on the screen 19, so that a bright projected image can be obtained.

【0023】ところで、前記したように、メタルハライ
ドランプ15のようなバックライト光源は点光源でなく
線光源である。この様子を図1に示す。光源15がX方
向に平行に配置された線光源であるとすると、これを光
学系(凸レンズあるいは放物面鏡)16の焦点に配置し
たとき、光学系16から射出されるバックライト3は、
線光源16に直交する図のY方向については平行な光束
になっているが、線光源16の向いたX方向については
平行な光束でなく、光軸に対して±Δの角度範囲内に分
布する平行光束からある程度ずれた散乱成分を含む非平
行な光束となっている。したがって、仮にこのX方向が
図3、図4のホログラムフィルター5、10の回折光の
波長分散方向、すなわち、図3、図4の紙面内の方向に
一致するとすると、図3、図4において、バックライト
3は平行光束でなく、ある程度散乱成分を含んでいるこ
とになるので、ホログラムフィルター5、10で回折さ
れた光の赤の波長成分は、赤を表示する液晶セルRの位
置に必ずしも全てが入射しないで、ブラック・マトリッ
クス4を越えて隣接する緑を表示する液晶セルGの位
置、青を表示する液晶セルBの位置に一部の成分が入射
してしまうことになる。同様に、ホログラムフィルター
5、10で回折された光の緑、青の波長成分について
も、隣接する別の色を表示する液晶セルの位置に一部の
成分が入射してしまうことになるため、表示の色純度を
低下させる原因になってしまう。
By the way, as described above, the backlight light source such as the metal halide lamp 15 is not a point light source but a line light source. This is shown in FIG. Assuming that the light source 15 is a linear light source arranged parallel to the X direction, when the light source 15 is arranged at the focal point of the optical system (convex lens or parabolic mirror) 16, the backlight 3 emitted from the optical system 16 is
Although the luminous flux is parallel in the Y direction of the drawing orthogonal to the linear light source 16, the luminous flux is not parallel in the X direction to which the linear light source 16 is directed, and is distributed within an angle range of ± Δ with respect to the optical axis. The parallel light flux is a non-parallel light flux including a scattered component that is deviated to some extent. Therefore, assuming that this X direction coincides with the wavelength dispersion direction of the diffracted light of the hologram filters 5 and 10 of FIGS. 3 and 4, that is, the direction within the plane of the paper of FIGS. 3 and 4, Since the backlight 3 is not a parallel light flux but contains a scattering component to some extent, the red wavelength component of the light diffracted by the hologram filters 5 and 10 is not always located at the position of the liquid crystal cell R displaying red. Does not enter, some components will enter the positions of the liquid crystal cell G that displays green and the position of the liquid crystal cell B that displays blue adjacent to each other beyond the black matrix 4. Similarly, with respect to the green and blue wavelength components of the light diffracted by the hologram filters 5 and 10, some components are incident on the position of the liquid crystal cell that displays another adjacent color. This causes deterioration of the color purity of the display.

【0024】これに対して、図1に示したように、線光
源16の向いたX方向を微小ホログラム5′(以下、ホ
ログラムフィルター5、10の1つの分光素子を微小ホ
ログラム5′で表すことにするが、ホログラムフィルタ
ー10については、ホログラム7とマイクロレンズ8′
の組み合わせが微小ホログラム5′に相当する。)の波
長分散回折方向yに直交する方向xと平行に配置する
と、バックライト3は、y方向には、上記のように平行
光として入射角θで微小ホログラム5′に入射するの
で、微小ホログラム5′で回折された光の各色の波長成
分は、対応する色を表示する液晶セルの位置に全てが入
射する。そのため、少なくもこの限りにおいては、表示
の色純度は低下しない。この場合、バックライト3は、
x方向には、平行光束でなくある程度散乱成分を含んで
いるので、微小ホログラム5′で回折された光の各色の
波長成分は1点には集光しないでx方向に分布して集光
することになる。しかしながら、ブラック・マトリック
ス4の各開口は、通常、波長分散回折方向yに直交する
x方向に長い長方形形状に構成するので、集光位置のx
方向の分布によってx方向に隣接する液晶セルの位置に
一部の成分が入射することはない。さらに、各色を表示
する液晶セルR、G、Bそれぞれを図2に示すように各
列そろえて配置するスライプ型の配置にする場合には、
仮に、x方向に隣接する液晶セルの位置に一部の成分が
入射したとしても、同じ色を表示する液晶セルであるの
で、表示の色純度を低下させることはない。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the X direction in which the linear light source 16 faces is represented by a minute hologram 5 '(hereinafter, one spectroscopic element of the hologram filters 5, 10 is represented by a minute hologram 5'. However, regarding the hologram filter 10, the hologram 7 and the microlens 8 '
The combination of 2 corresponds to the minute hologram 5 '. When the backlight 3 is arranged in parallel with the direction x orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction y), the backlight 3 is incident on the minute hologram 5'as parallel light at the incident angle θ in the y direction as described above. All the wavelength components of each color of the light diffracted by 5'are incident on the position of the liquid crystal cell displaying the corresponding color. Therefore, the color purity of the display does not decrease at least within this range. In this case, the backlight 3 is
Since the x-direction contains not a parallel light beam but a scattering component to some extent, the wavelength components of the respective colors of the light diffracted by the minute hologram 5'are not collected at one point but distributed in the x-direction and collected. It will be. However, since each aperture of the black matrix 4 is usually formed in a rectangular shape which is long in the x direction orthogonal to the chromatic dispersion diffraction direction y, the x of the focusing position is
Due to the directional distribution, some components do not enter the positions of the liquid crystal cells adjacent in the x direction. Further, when the liquid crystal cells R, G, B for displaying the respective colors are arranged in a row as shown in FIG.
Even if some components are incident on the positions of the liquid crystal cells adjacent to each other in the x direction, since the liquid crystal cells display the same color, the display color purity is not deteriorated.

【0025】したがって、本発明においては、図3〜図
5のようなホログラムカラーフィルター5、10を用い
た直視型及び投影型の液晶表示装置において、バックラ
イト3の線光源16を、その線の方向が図1のようにホ
ログラムカラーフィルター5、10による波長分散回折
方向yに直交する方向xに向くように配置する。このよ
うな配置により、表示の色純度、色再現性が良好にな
り、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上させることが
できる。
Therefore, according to the present invention, in the direct-view type and projection type liquid crystal display devices using the hologram color filters 5 and 10 as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the hologram color filters 5 and 10 are arranged so as to face the direction x orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction y. With such an arrangement, the color purity and color reproducibility of display can be improved, and the utilization efficiency of illumination light can be significantly improved.

【0026】以上、本発明のホログラムカラーフィルタ
ーを用いた液晶表示装置を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。
The liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.

【0027】[0027]

【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を用いた液晶表示装置に
よると、照明光の光源が、線光源と、この線光源から放
射された光束を線光源に直交する面内で平行な光束に変
換する光学系とを備え、かつ、その線光源の線の方向が
ホログラムカラーフィルターによる波長分散回折方向に
略直交する方向に向くように配置されているので、ホロ
グラムカラーフィルターで回折された光の各色の波長成
分が対応する色を表示する液晶セルの以外の液晶セルに
入射することがなくなるため、表示の色純度、色再現性
が良好になり、かつ、照明光の利用効率を大幅に向上さ
せることができる。
As is apparent from the above description, according to the liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention, the light source of the illumination light is the line light source and the light flux emitted from the line light source is the line light source. Since it is provided with an optical system for converting a light beam into a parallel light beam in a plane orthogonal to, and is arranged so that the direction of the line of the line light source is substantially orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction by the hologram color filter. , Because the wavelength components of each color of the light diffracted by the hologram color filter do not enter the liquid crystal cells other than the liquid crystal cell displaying the corresponding color, the display color purity and color reproducibility are improved, and The utilization efficiency of illumination light can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明において光源の配置を説明するための斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view for explaining the arrangement of light sources in the present invention.

【図2】各色を表示する液晶セルのスライプ型配置を示
すための正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a slide type arrangement of liquid crystal cells displaying each color.

【図3】本発明において対象とする第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。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device using a hologram color filter of a first type, which is a target of the present invention.

【図4】本発明において対象とする第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。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device using a second type hologram color filter which is an object of the present invention.

【図5】図3の液晶表示装置を用いた液晶投影表示装置
の断面図である。
5 is a sectional view of a liquid crystal projection display device using the liquid crystal display device of FIG.

【図6】従来の液晶表示装置の照明方法を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional illumination method for a liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…バックライト 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…第1の偏光板 13…第2の偏光板 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 3 ... Backlight 4 ... Black matrix 5 ... Hologram array (hologram color filter) 6 ... Liquid crystal display element 5 '... Micro hologram 6' ... Liquid crystal cell 7 ... Hologram 8 ... Light collecting microlens array 8 '... Microlens 10 ... Hologram color filter 11 ... Color liquid crystal display device 12 ... First polarizing plate 13 ... Second polarizing plate 14 ... Illumination device 15 ... Metal halide lamp (line light source) 16 ... Parabolic mirror 17 ... Field lens 18 ... Projection lens 19 ... Screen

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03B 21/00 G03B 21/00 D ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location G03B 21/00 G03B 21/00 D

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくも液晶表示素子と、その照明光入
射側に設けられ、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
をなして入射する白色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
カラーフィルターとを備えた液晶表示装置において、前
記照明光の光源が、線光源と、該線光源から放射された
光束を該線光源に直交する面内で略平行な光束に変換す
る光学系とを備え、かつ、前記線光源の線の方向が前記
ホログラムカラーフィルターによる波長分散回折方向に
略直交する方向に向くように配置されてなることを特徴
とするホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装
置。
1. A liquid crystal display element, and an array of element light converging holograms provided on the illumination light incident side thereof, each element light converging hologram having a predetermined distance from a normal line of a hologram recording surface. , A hologram color filter that disperses wavelengths of white light incident at an angle of approximately in the direction along the hologram recording surface, or a hologram or diffraction grating consisting of parallel and uniform interference fringes and its entrance side or exit side. And a composite of a hologram or diffraction grating and an element condensing lens, each of which is composed of an array of element condensing lenses arranged in parallel with each other, and is composed of parallel and uniform interference fringes, and A hologram color filter for wavelength-dispersing white light incident at a predetermined angle with respect to a line in a direction substantially along a recording surface of a hologram or a diffraction grating, and In a liquid crystal display device comprising: a light source of the illumination light, a line light source, and an optical system for converting a light beam emitted from the line light source into a substantially parallel light beam in a plane orthogonal to the line light source, A liquid crystal display device using a hologram color filter, wherein the line of the line light source is arranged so as to face a direction substantially orthogonal to the wavelength dispersion diffraction direction of the hologram color filter.
【請求項2】 前記線光源がメタルハライドランプから
なることを特徴とする請求項1記載のホログラムカラー
フィルターを用いた液晶表示装置。
2. A liquid crystal display device using a hologram color filter according to claim 1, wherein the linear light source is a metal halide lamp.
【請求項3】 表示画像をスクリーン上に投影する投影
光学系を備えていることを特徴とする請求項1又は2記
載のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装
置。
3. A liquid crystal display device using a hologram color filter according to claim 1, further comprising a projection optical system for projecting a display image on a screen.
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