JPH09318942A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色分離による光のロスを減らすことにより、
明るい画面が得られ、消費電力の少ないカラー液晶表示
装置を得る。 【解決手段】 導光板３から出射された光は、階段状回
折格子４に入射する。階段状回折格子４により赤，緑，
青の各色がそれぞれ異なった方向に回折され、画素上に
配置されたマイクロレンズアレイ５によって画素上に集
光される。この際、赤，緑，青の各色はそれぞれ異なっ
た方向へ進む光に分離されているので、それぞれ互いに
異なった色の液晶素子に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示装
置に関し、特に光の３原色に対応して３つの液晶素子で
１つの画素を構成し、この画素を複数個並設してなるカ
ラー液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば内田龍男編「次世代液晶
ディスプレイ」第８２頁に示された従来のカラー液晶表
示装置を示す断面図である。図において、１は光源であ
るランプ、３は導光板、６は液晶素子基板、７はカラー
フィルタ、８はブラックマトリックス、９は液晶層、１
０は対向基板、１１ａ，１１ｂは偏光板、１７はＴＦＴ
素子である。

【０００３】次に動作について説明する。ランプ１から
発せられた光は、導光板３に入射して導光板３を進むう
ち導光板３の上面から出射される。導光板３から出射さ
れた光は、偏光板１１ａによって一定方向の偏光を持つ
光だけが選択され、液晶素子基板６を透過して液晶層９
中に入射する。液晶層９によって変調された光は、カラ
ーフィルタ７によってそれぞれ、赤，緑，青の各画素の
色に相当する周波数成分だけが切り出され、画素を分離
するブラックマトリックス８のあいだを通り抜けて、偏
光板１１ｂを通って出射される。

【０００４】ランプ１と導光板１１ａ，１１ｂによるバ
ックライトは、様々な色が完全に混ざりあった白色光に
なっている。このような光が、図７のように構成された
液晶表示装置に入射すると、偏光をそろえる偏光板１１
ａで１／２、色を分離するカラーフィルタ７で２／３が
ロスとなる。最もロスの大きいのはカラーフィルタ７で
あり、赤，緑，青のうちの１色の光だけを透過させ、他
の色の光を吸収する素子である。そのため、バックライ
トから出射される様々な色が完全に混ざりあった白色光
がこの素子に入射すると、３色のうち２色分に相当する
２／３がロスになる。このように、従来のカラー液晶表
示素子は色分離による光のロスが非常に大きくなってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のカラー液晶表示
装置は以上のように構成されていたので、白色光をそれ
ぞれ単一の色しか透過させないカラーフィルタによって
赤，青，緑の光に分離することになり、色分離による光
のロスが極めて大きく、明るい画面にならなかったり、
消費電力が大きくなるという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するためになされたもので、色分離による光のロスを
低減し、その結果、明るい画面が得られ、消費電力を低
減できるカラー液晶表示装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
るカラー液晶表示装置は、電極間に液晶層を介在してな
る３個の液晶素子を、光の３原色に対応して直線状に並
設して１つの画素を構成するカラー液晶表示装置におい
て、各段差によって生じる光路差が緑色の光の波長の整
数倍である段差を、液晶素子の並設方向に繰り返して階
段状に構成した色分離用透過型回折格子、および１つの
画素に対応して１つのレンズが配置されたレンズ列を備
え、色分離用透過型回折格子の段差によって白色光を３
原色に応じて異なった方向に回折し、レンズ列で各色の
液晶素子に集光するようにしたものである。

【０００８】また、本発明の第２の構成に係るカラー液
晶表示装置は、第１の構成において、色分離用透過型回
折格子とレンズ列とで各色の液晶素子に色分離されて集
光される光に対し、液晶素子それぞれの色と同一の色だ
けを透過させるカラーフィルタを備えたものである。

【０００９】また、本発明の第３の構成に係るカラー液
晶表示装置は、第１または第２の構成において、色分離
用透過型回折格子は、各段差によって生じる光路差を緑
色の光の１波長分とし、５段階または６段階の段差を繰
り返して階段状に構成したものである。

【００１０】また、本発明の第４の構成に係るカラー液
晶表示装置は、第１ないし第３の構成のいずれかにおい
て、白色光を、発散角を小さくして色分離用透過型回折
格子へ入射させる発散角変換低減手段を備えたものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、本発明の実施の形態１について説
明する。図１は本実施の形態によるカラー液晶表示装置
を示す図であり、図１（ａ）はカラー液晶表示装置を示
す断面構成図、図１（ｂ）はその動作を示す説明図であ
る。図において、１は光源であるランプ、２は反射鏡、
３は導光板、４は色分離用透過型回折格子で、例えば階
段状回折格子、５はレンズ列で、例えばマイクロレンズ
アレイ、６は液晶素子基板、８はブラックマトリック
ス、９は液晶層、１０は対向基板、１１ａ，１１ｂは偏
光板である。液晶層９は、１対の電極（図示せず）に挟
まれて液晶素子を構成し、ブラックマトリックス８によ
って個々に分割され、１個の液晶素子で光の３原色の１
色に対応している。さらに、赤，緑，青に対応する３個
の液晶素子が直線状に並設され、１つの画素を構成して
いる。

【００１２】ランプ１から発せられた光は、反射鏡２で
反射されて導光板３を進む。この導光板３から出射され
た白色光は偏光板１１ａによって偏光方向をそろえら
れ、階段状回折格子４に入射する。ここで、図１（ｂ）
に示すように、階段状回折格子４を透過した光は、階段
状回折格子４によって回折され、赤，緑，青の各色がそ
れぞれ異なった方向へ進む光に分離される。マイクロレ
ンズアレイ５は、階段状回折格子４と液晶層９の間に配
置され、光の３原色が横方向に直線状に並んで構成され
る１つの画素に対応して１つづつ直線状に並べられてい
る。このマイクロレンズアレイ５によって、ブラックマ
トリックス８で隔離された液晶素子のうちで、それぞれ
の色に対応する液晶素子の上に集光される。その後液晶
層９によって、偏光に変調を受け偏光板１１ｂを通って
出射される。

【００１３】階段状回折格子４の色分離作用は、特公昭
６１−４５２１０号公報に述べられているが、これを図
２によって説明する。階段状回折格子４は多段階型の表
面レリーフ型透過回折格子で、各段の段差は緑の波長５
４０ｎｍの光に対してちょうど１波長分の光路差を生じ
るように設定している。緑の光は、図２（ａ）に示すよ
うに、各段ちょうど１波長分の位相差を与えられるた
め、出射後の光は再び波面がそろい、変調を受けずに０
次光として透過する。また、波長が６５０ｎｍで、緑の
色の波長より波長の長い赤の光は、各段の段差によって
０．８３波長分の光路差が生じ、緑の光よりも小さな光
路差が与えられる。そのため、図２（ｂ）に示すよう
に、波面が傾き、斜めの方向（回折格子の−１次光の方
向）へ回折する。また、波長が４５０ｎｍで、緑の光の
波長より波長の短い青の光は、各段の段差によって１．
２波長分の光路差が生じ、緑の光よりも大きな光路差が
与えられる。そのため、図２（ｃ）に示すように、青と
は逆の向きに波面が傾き、回折格子の１次光の方向へ回
折することになる。

【００１４】このように、階段状回折格子４に入射した
白色光は、青の光が１次方向、緑の光が０次方向、赤の
光が−１次方向に回折するという現象を利用して、色を
分離することができる。そして、階段状回折格子４を透
過した光は、出射角によって赤，緑，青に分離された
後、マイクロレンズアレイ５に入射し、液晶素子のブラ
ックマトリックス８で隔離された面上に集光される。

【００１５】マイクロレンズアレイ５により集光される
際、レンズに対して入射角θで入射した光は、レンズの
焦点距離をｆとすると、光軸上からｆ・Ｔａｎθだけ離
れた位置に集光される。そのため、赤，緑，青の光はそ
れぞれ異なる方向に進み、画素のうちの対応する色の液
晶素子上に分離されたまま集光されることになる。階段
状回折格子４のピッチやマイクロレンズアレイ５の焦点
距離や位置を調整することによって、この各色の集光位
置を各色の液晶素子とおおむね一致させておけば、カラ
ーフィルタを用いることなく、各色を表示できる。従来
のカラーフィルタを用いた方法では、例えば緑の画素に
対しても白色光を入射し、赤と青の光はロスとなってい
たため、カラーフィルタの透過率は最大でも３３％とな
っていた。これに対し、本実施の形態によるカラー液晶
表示装置では、階段状回折格子４の光路差を利用した分
散によって色を分離しているため、色分離によるロスが
ほとんどなくなる。

【００１６】階段状回折格子４では、特公昭６１−４５
２１０号公報に述べられているように０次成分以外の
赤，青の回折光は色収差を持つ。実際には、赤，青の光
による集光スポットでは、各色の設計波長の光について
は各色の画素の中央に集光されるが、同じ次数に回折さ
れるほぼ同じ色の光の中でも、設計波長以外の光は階段
状回折格子４の分散効果によって回折方向が異なるた
め、設計波長とは、ずれた位置に集光されることにな
る。特公昭６１−４５２１０号公報では、この色収差に
よるぼけがあるため、少しくらい色収差が影響してもよ
い用途に用いるか、または、色収差を補正するために新
たな光学素子を追加することが提案されている。しか
し、液晶表示装置では、色収差によって集光位置のずれ
る波長の光は、各色の液晶素子の外へ追い出され、ブラ
ックマトリックス８によって遮光されることになる。つ
まり、色収差があることによって、階段状回折格子４の
本来の回折次数の違いによって切り出されるスペクトル
領域よりも、より狭いスペクトル領域の光が、赤，青各
色の液晶素子に切り出されることになる。このように、
液晶表示装置では、色収差があることにより、各色の間
の中間波長の光がブラックマトリックス８に遮光され
て、各色のスペクトル純度が上がる。従って、色再現性
は階段状回折格子４本来の回折次数の違いによって切り
出されるスペクトルにより得られる以上に向上する。

【００１７】また、カラー液晶表示装置では、３つの色
が効率よく確実に分離できさえすればよい。つまり、レ
ンズ５による集光効果と、階段状回折格子４による各色
が違った方向へ進む光として分離される効果が組み合わ
さってさえいればよい。特公昭６１−４５２１０号公報
に述べられているような結像光学系では、階段状回折格
子４とレンズ５の位置関係により、像に発生する収差が
異なるため、レンズ５と階段状回折格子４の相互の位置
関係は最適な位置を選択すべきである。これに対し、液
晶表示装置では、ある程度の収差の発生では悪影響を受
けることがないため、レンズ５と階段状回折格子４の相
互の位置関係は、自由に選ぶことができる。例えば、階
段状回折格子４をマイクロレンズアレイ５の後方に配置
することもできる。その場合には、マイクロレンズアレ
イ５と階段状回折格子４の間隔を変えることによって
も、赤，緑，青の各色の集光スポットの間隔を変えるこ
とができるため、最適設計が容易になる。

【００１８】このように、本実施の形態では、階段状回
折格子４とマイクロレンズアレイ５によって、色を分離
して画素上に光を集光するので、従来のカラーフィルタ
による光のロスを大幅に低減でき、明るい画面が得られ
ると共に、消費電力を低減できるカラー液晶表示装置が
実現できる。

【００１９】実施の形態２．以下、本発明の実施の形態
２について説明する。図３は本実施の形態によるカラー
液晶表示装置を示す図であり、図３（ａ）はカラー液晶
表示装置を示す断面構成図、図３（ｂ）はその動作を示
す説明図である。図において、基本的な構成は、実施の
形態１と同様であり、光源であるランプ１，反射鏡２，
導光板３，階段状回折格子４，マイクロレンズアレイ
５，液晶素子基板６，ブラックマトリックス８，液晶層
９，対向基板１０，偏光板１１ａ，１１ｂから構成され
ており、さらに液晶素子のブラックマトリックス８で隔
離された面上にカラーフィルタ７を設けている。このカ
ラーフィルタ７は、マイクロレンズアレイ５で各色の液
晶素子に色分離して集光する光に対し、液晶素子それぞ
れの色と同一の色だけを透過させる作用を有する。

【００２０】この構成では実施の形態１と同様、階段状
回折格子４とマイクロレンズアレイ５によって液晶素子
の画素上にロスなく色を分離して光を集光できる。とこ
ろが実施の形態１の構成では、用いるランプ１の直径や
導光板３の厚みによっては、導光板３から出射される光
の発散角が大きくなってしまい、階段状回折格子４によ
る分離だけでは十分に色を分離できなくなることがあり
得る。導光板３から出射される光の発散角が大きいと、
マイクロレンズアレイ５によって集光されたときの集光
スポット径が大きくなる。集光スポット径が、赤，緑，
青の画素サイズよりも大きくなると、それぞれ重なりあ
った領域ができるため、これだけでは各色を完全に分離
できない。そこで本実施の形態では、さらにカラーフィ
ルタ７を設け、階段状回折格子４によってある程度色分
離された光を、より確実に分離している。

【００２１】従来の液晶表示装置では、カラーフィルタ
に対して、赤，緑，青のどの色の透過部分にも完全な白
色光が入射していた。そのため、例えば緑の透過部分で
は、それぞれ１／３づつまざっている赤，緑，青の光の
うち緑の光しか透過せず、透過率は１／３以下となって
いた。これに対し本実施の形態では、部分的に重なりあ
って完全に分離できていないとはいえ、階段状回折格子
４とマイクロレンズアレイ５によって、ある程度各色が
分離されている。このため、例えば図３（ｂ）に示すよ
うに、緑の透過部分では他の色の光に比べて緑の光の成
分が大きな光が入射することになる。即ち、カラーフィ
ルタ７によってロスとなる他の色の光の割合が少なく、
カラーフィルタ７の透過率は白色光が入射する場合より
も大幅に高くなり、色分離によるロスが少なくなる。

【００２２】上記のように本実施の形態では、階段状回
折格子４とマイクロレンズアレイ５によってある程度色
を分離した光を、さらにカラーフィルタ７で分離するの
で、カラーフィルタ７での光のロスが従来よりも大幅に
少なくなり、明るい画面が得られると共に、消費電力を
低減できるカラー液晶表示装置が実現できる。

【００２３】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３について説明する。図４は本実施の形態によるカラー
液晶表示装置を示す図であり、図４（ａ）はカラー液晶
表示装置を示す断面構成図、図４（ｂ）はその動作を示
す説明図である。図において、基本的な構成は実施の形
態１と同様で、光源であるランプ１，反射鏡２，導光板
３，階段状回折格子４，マイクロレンズアレイ５，液晶
素子基板６，ブラックマトリックス８，液晶層９，対向
基板１０，偏光板１１ａ，１１ｂから構成されている。
本実施の形態における階段状回折格子４は、図４（ｂ）
に示すように、段差が緑色の光（波長５４０ｎｍ）に対
して１波長分の行路差を生ずるものであり、５段階の段
差が繰り返されたものを用いている。

【００２４】階段状回折格子４によって、光が導光板３
から分散によって色分離されて取り出され、マイクロレ
ンズアレイ５によって画素上に集光される効果は実施の
形態１と同様である。図５は波長（ｎｍ）に対する回折
効率（％）を示す特性図である。段差は、緑色の光（波
長５４０ｎｍ）に対して１波長分の行路差を生ずるもの
で、５段階の段差が繰り返された階段状回折格子（図５
（ａ））および６段階の段差が繰り返された階段状回折
格子（図５（ｂ））によって、−１次，０次，１次の成
分に回折される回折光のスペクトル分布を示す。ここで
は、色分離用透過型回折格子の材料の屈折率は波長によ
り変化しないと仮定している。

【００２５】本発明のように階段状回折格子４を用いる
カラー液晶表示装置において、多くの色を再現性よく表
示するためには、階段状回折格子４によってそれぞれ−
１次，０次，１次の回折光として分離される光の波長
が、光の３原色に対応してそれぞれ４５０ｎｍ，５４０
ｎｍ，６５０ｎｍ程度の波長にピークを持ち、お互いに
重なりあう部分が少ないことが望ましい。階段状回折格
子４の回折光のスペクトル分布は、階段状回折格子４の
段差の大きさや段数によって制御することができる。

【００２６】例えば、段差が波長の整数倍となる光路差
を与える基準波長をΛとした場合、階段状回折格子４の
段数をＮ、段差をＭ波長分の光路差を与えるものとする
と、回折次数ｋ（ｋ＝−１，０，１）に対して、式
（１）を満たすような波長λの光が最も高い回折効率で
回折する。 （Λ／λ−１）×ＭＮ＝ｋ ・・・（１） ここで、基準波長を５４０ｎｍとすると、＋１次の回折
光が４５０ｎｍ付近、−１次の回折光が６５０ｎｍ付近
で最も高い回折効率を得るように、段差Ｎ，段差の光路
差Ｍを調整すればよい。これにより、回折光についてそ
れぞれ再現性の高い色を表示できる。

【００２７】しかしここで、各次数へ回折する光の回折
効率と、段数Ｎだけの関係を見ると、回折効率は段数Ｎ
が大きいほど高くなる。そのため、最も効率よく光の３
原色を分離するためには、式（１）を満たしかつ段数Ｎ
がなるべく大きくなるよう設計するべきである。つま
り、Ｍ＝１、段差は基準波長の１波長分の光路差を与え
るものとした場合が最適である。Ｍ＝１の場合、図５に
示すように、５段のとき＋１次光となる青の光のピーク
が４５０ｎｍとなり（図５（ａ））、６段のとき−１次
光となる赤の光のピークが６４８ｎｍとなる（図５
（ｂ））。さらに段数を増やすとどちらの波長も５４０
ｎｍに近くなり、段数を減らすと５４０ｎｍから離れ
て、理想的なスペクトル特性が得られなくなる。そのた
め、階段状回折格子４の構造は、段差は緑の基準波長に
対して１波長分の光路差を与えるものとし、５段または
６段の段数を持つものが最適であることがわかる。

【００２８】また、このような階段状回折格子４を実際
に製作する場合、段差は波長の整数倍の位相差を持たな
ければならないため、例えば、屈折率１．５程度の一般
的な材料では波長の２倍の深さの溝形状となる。溝の幅
は、回折角度を決めるパラメータであり、液晶表示装置
に適用可能な回折角１０度程度を得ようとすると、段数
６段の格子で０．５μｍ程度となってしまう。このよう
に、幅が狭く深い構造の回折格子は例えば光工学ハンド
ブック５３１頁に示されているように、光の偏光方向に
よって、回折特性が異なる現象を生じる。しかし、液晶
表示装置では、回折格子に入射する光は、偏光板によっ
て偏光方向をそろえられているため、安定した回折特性
で使用することができる。

【００２９】このように、本実施の形態では、各段の段
差によって生じる光路差が緑色の光の波長に対してちょ
うど１波長となるような段差を持ち、５段階または６段
階の段数で構成された階段状回折格子４とマイクロレン
ズアレイ５によって、色を最適なスペクトル分布・効率
で分離し、それぞれの画素上に集光する。これにより、
効率よく色を分離して液晶素子上に光を集光できるの
で、明るい画面が得られると共に、消費電力を低減でき
るカラー液晶表示装置が実現できる。

【００３０】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４について説明する。図６は本実施の形態によるカラー
液晶表示装置を示す断面構成図である。図において、基
本的な構成は、実施の形態１と同様で、光源であるラン
プ１，反射鏡２，導光板３，階段状回折格子４，マイク
ロレンズアレイ５，液晶素子基板６，ブラックマトリッ
クス８，液晶層９，対向基板１０，偏光板１１ａ，１１
ｂから構成されている。さらに本実施の形態では、導光
板３と階段状回折格子４の間に、発散角を低減する手段
として、例えば発散角変換低減レンズシート１２を設け
ている。

【００３１】階段状回折格子４によって、光が導光板３
から分散によって色分離されて取り出され、マイクロレ
ンズアレイ５によって画素上に集光される効果は、実施
の形態１と同様である。前述のように、導光板３から入
射する光の発散角が大きいと、マイクロレンズアレイ５
で集光した際の集光スポット径が大きくなる。集光スポ
ット径が、赤，緑，青の液晶素子よりも大きくなると、
それぞれ重なりあった領域ができるため、色分離の効率
が低下する。しかし、直視型液晶表示装置に用いられて
いるバックライトは一般的に端部に配されたランプ１か
ら導光板３を介して光を照射するため、発散角が±数１
０°の発散角の広い光になっていることが多い。そのた
め、直視型液晶表示装置に対しては、そのままでは十分
な色分離を行うことができない。そこで本実施の形態で
は、バックライトと階段状回折格子４のあいだに発散角
変換低減レンズシート１２を設け、発散角変換低減レン
ズシート１２によって、白色光を階段状回折格子４に適
した発散角の小さな光に変換して色分離効率を高めてい
る。

【００３２】色分離を行うためには、発散角は、３原色
の素子が並んだ色分離を行う方向についてはできるだけ
小さいほうがよいが、それと直交する方向については特
に発散角を小さくする必要はない。そこで、発散角を低
減する手段は色分離を行う方向についてのみ作用するも
のであってもよい。

【００３３】この発散角を低減する手段としては、例え
ばプリズム状の構造を持つシートなどで実現できる。

【００３４】上記のように、本実施の形態では、発散角
変換低減レンズシート１２によって白色光を階段状回折
格子４に適した発散角の小さな光に変換した後、階段状
回折格子４により色を最適なスペクトル分布・効率で分
離し、マイクロレンズアレイ５によって赤，緑，青それ
ぞれの画素上に集光するので、色の分離をより効率よく
行うことができ、光のロスが少なく、明るい画面が得ら
れると共に、消費電力を低減できるカラー液晶表示装置
が実現できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の構成によ
れば、電極間に液晶層を介在してなる３個の液晶素子
を、光の３原色に対応して直線状に並設して１つの画素
を構成するカラー液晶表示装置において、各段差によっ
て生じる光路差が緑色の光の波長の整数倍である段差
を、液晶素子の並設方向に繰り返して階段状に構成した
色分離用透過型回折格子、および１つの画素に対応して
１つのレンズが配置されたレンズ列を備え、色分離用透
過型回折格子の段差によって白色光を３原色に応じて異
なった方向に回折し、レンズ列で各色の液晶素子に集光
するようにしたことにより、色分離用透過型回折格子と
レンズによって液晶素子上に効率よく色を分離して光を
集光でき、明るい画面が得られると共に、消費電力の少
ないカラー液晶表示装置が実現できる効果がある。

【００３６】また、本発明の第２の構成によれば、第１
の構成において、色分離用透過型回折格子とレンズ列と
で各色の液晶素子に色分離されて集光される光に対し、
液晶素子それぞれの色と同一の色だけを透過させるカラ
ーフィルタを備えたことにより、色分離用透過型回折格
子とレンズによって液晶素子上に色を分離して光を集光
し、さらにカラーフィルタを通すので、レンズによって
集光されたときの集光スポット径が大きくても、明るい
画面が得られると共に、消費電力の少ないカラー液晶表
示装置が実現できる効果がある。

【００３７】また、本発明の第３の構成によれば、第１
または第２の構成において、色分離用透過型回折格子
は、各段差によって生じる光路差を緑色の光の１波長分
とし、５段階または６段階の段差を繰り返して階段状に
構成したことにより、色分離用透過型回折格子とレンズ
によって液晶素子上に効率よく色を分離して光を集光で
き、明るい画面が得られると共に、消費電力の少ないカ
ラー液晶表示装置が実現できる効果がある。

【００３８】また、本発明の第４の構成によれば、第１
ないし第３の構成のいずれかにおいて、白色光を、発散
角を小さくして色分離用透過型回折格子へ入射させる発
散角変換低減手段を備えたことにより、明るい画面が得
られると共に、消費電力の少ないカラー液晶表示装置が
実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１によるカラー液晶表示
装置を示す図であり、図１（ａ）はカラー液晶表示装置
を示す断面構成図、図１（ｂ）はその動作を示す説明図
である。

【図２】 実施の形態１に係わる階段状回折格子による
色分離の原理を示す説明図である。

【図３】 本発明の実施の形態２によるカラー液晶表示
装置を示す図であり、図３（ａ）はカラー液晶表示装置
を示す断面構成図、図３（ｂ）はその動作を示す説明図
である。

【図４】 本発明の実施の形態３によるカラー液晶表示
装置を示す図であり、図４（ａ）はカラー液晶表示装置
を示す断面構成図、図４（ｂ）はその動作を示す説明図
である。

【図５】 実施の形態３に係わる階段状回折格子のスペ
クトル分布特性を示す特性図である。

【図６】 本発明の実施の形態４によるカラー液晶表示
装置を示す断面構成図である。

【図７】 従来の液晶表示装置を示す断面構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 光源、２ 反射鏡、３ 導光板、４ 色分離用透過
型回折格子、５ レンズ列、６ 液晶素子基板、７ カ
ラーフィルタ、８ ブラックマトリックス、９液晶層、
１０ 対向基板、１１ａ，１１ｂ 偏光板、１２ 発散
角変換低減手段。

フロントページの続き (72)発明者 西前 順一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に液晶層を介在してなる３個の液
   晶素子を、光の３原色に対応して直線状に並設して１つ
   の画素を構成するカラー液晶表示装置において、各段差
   によって生じる光路差が緑色の光の波長の整数倍である
   段差を、前記液晶素子の並設方向に繰り返して階段状に
   構成した色分離用透過型回折格子、および１つの前記画
   素に対応して１つのレンズが配置されたレンズ列を備
   え、前記色分離用透過型回折格子の段差によって白色光
   を３原色に応じて異なった方向に回折し、前記レンズ列
   で各色の前記液晶素子に集光することを特徴とするカラ
   ー液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記色分離用透過型回折格子と前記レン
   ズ列とで各色の前記液晶素子に色分離されて集光される
   光に対し、前記液晶素子それぞれの色と同一の色だけを
   透過させるカラーフィルタを備えたことを特徴とする請
   求項１記載のカラー液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記色分離用透過型回折格子は、各段差
   によって生じる光路差を緑色の光の１波長分とし、５段
   階または６段階の段差を繰り返して階段状に構成したも
   のであることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載のカラー液晶表示装置。
4. 【請求項４】 白色光を、発散角を小さくして前記色分
   離用透過型回折格子へ入射させる発散角変換低減手段を
   備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載のカラー液晶表示装置。