JPH09329788A

JPH09329788A - ホログラムカラーフィルターシステム

Info

Publication number: JPH09329788A
Application number: JP15120896A
Authority: JP
Inventors: Takechika Watabe; 渡部壮周
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 1997-12-22
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: JP3649360B2

Abstract

(57)【要約】【課題】色純度、色再現性が良好で、照明光をフィル
ター面に対して略垂直に入射することが可能な照明光の
利用効率を大幅に向上させたホログラムカラーフィルタ
ーシステム。【解決手段】要素集光性ホログラム５′のアレーから
なり、その各要素集光性ホログラム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により分光され
る赤成分と青成分の緑成分に対する分離角を縮小させる
ような分光配置の透過型回折格子３０を、カラーフィル
ター５に入射する白色光３の光路中に配置することによ
り、各色成分のカラーフィルター５による回折効率が略
同じなり、表示の色純度、色再現性を良好にできる。

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関し、特に、カラー液晶表示装置
等に用いる場合に、照明光の各色成分を略同じ割合で回
折分光させることにより色純度、色再現性が良好で、ま
た、照明光をフィルター面に対して略垂直に入射するこ
とが可能な照明光の利用効率を大幅に向上させたホログ
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】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。

【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。

【０００４】このような問題を解決すべく、例えばマイ
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００９】以下、簡単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及び液晶投影表示装置
について説明する。まず、図４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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】次に、図５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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】なお、図５の変形として、図６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５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。

【００１７】また、図４〜図６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７は図４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５、図６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１３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１６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。

【００１８】上記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８
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８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。

【００１９】上記のような液晶表示素子６の画素毎に透
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。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、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において
は、波長分散のために回折効率の波長依存性がないかも
しくは少ないホログラムを用いるが、実際には、回折理
論自身からまたホログラムに厚さがあるため、波長に応
じてその回折効率が異なってしまう。図９に波長に対す
る回折効率特性の１例を示すが、波長を横軸にとったと
き、回折効率を表す曲線は山形の形状をしている。な
お、図９は、厚さ６μｍで平均屈折率ｎ＝１．５２のフ
ォトポリマーに、波長５１４ｎｍの単色を用いて屈折率
変調Δｎ＝０．０３５で単一ホログラムからなる微小ホ
ログラム５′（図４）を記録した場合の波長に依存した
回折効率を示している。

【００２１】そして、特に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色によるカ
ラー液晶表示のためのホログラムカラーフィルターにお
いては、山形の形状をなす回折効率のピークを、図９の
ように、真ん中の波長Ｇの領域に位置させてバランスを
とるようにするのが望ましく、Ｒの波長領域及びＢの波
長領域の回折効率は、Ｇの波長領域に比較して低下して
しまう。そのため、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色における強度の不
揃いが生じ、カラー表示を行う際にカラーバランス不良
として現れてしまう。

【００２２】また、上記のホログラムカラーフィルター
においては、その面に対して４０°前後の大きな入射角
θでバックライト３を入射させる必要があり、光源を液
晶表示素子６に対して相当程度軸外れした状態で配置し
なければならず、特に直視型の液晶表示装置に上記のホ
ログラムカラーフィルターを用いる場合に、全体の寸法
が大きくなってしまう問題がある。

【００２３】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、照明光の各色成分を略同じ割合で回折分光さ
せることにより色純度、色再現性が良好で、また、照明
光をフィルター面に対して略垂直に入射することが可能
な照明光の利用効率を大幅に向上させたホログラムカラ
ーフィルターシステムを提供することである。

【００２４】

【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より分光
される赤成分と青成分の緑成分に対する分離角を縮小さ
せるような分光配置の波長分光手段が前記ホログラムカ
ラーフィルターに入射する白色光の光路中に配置されて
いることを特徴とするものである。

【００２５】この場合、波長分光手段として、まず、透
過型回折格子が用いられる。その透過型回折格子に対す
る白色光の入射角を略０°にすることができ、また、透
過型回折格子をホログラムカラーフィルターに略平行に
配置することができる。

【００２６】これらの場合、白色光が透過型回折格子で
分光された赤成分、緑成分、青成分のホログラムカラー
フィルターへの入射角を、ホログラムカラーフィルター
におけるそれらの成分の回折効率が略ピークとなる入射
角に一致するようにすることが望ましい。

【００２７】なお、透過型回折格子をホログラムカラー
フィルターに略平行に配置する場合には、透過型回折格
子をホログラムカラーフィルターに密着あるいは近接し
て配置することができる。

【００２８】また、波長分光手段として、反射型回折格
子、分光プリズムも用いることができる。

【００２９】また、本発明は、ホログラムカラーフィル
ターが液晶表示装置の照明光入射側に配置されている場
合、及び、その液晶表示装置がその表示像をスクリーン
に投影する投影表示用のものである場合も含むものであ
る。

【００３０】本発明においては、ホログラムカラーフィ
ルターにより分光される赤成分と青成分の緑成分に対す
る分離角を縮小させるような分光配置の波長分光手段を
ホログラムカラーフィルターに入射する白色光の光路中
に配置するので、ＲＧＢ各色のホログラムカラーフィル
ターによる回折効率を略同じ値にして、表示の色純度、
色再現性を良好にできると共に、照明光の利用効率を大
幅に向上させることができる。また、ホログラムカラー
フィルターに対する白色光の入射角が波長分光手段を挿
入したことにより小さくなり、特に直視型の液晶表示装
置として構成する場合に全体の寸法を小さくすることが
できる。

【００３１】

【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原理とその実施例について説明す
る。図３に、図４に示したようなホログラムカラーフィ
ルター５の１個の微小ホログラム５′の特定波長のバッ
クライト入射角とその波長の回折効率の関係を示す。こ
の微小ホログラム５′は、分光方向寸法２７０μｍ、そ
れに直交する方向寸法８０μｍ、厚さ６μｍ、バックラ
イト入射角３５°（空気中）、法線方向に回折する波長
５４５ｎｍ、焦点距離１．１４ｍｍ（屈折率１．５の媒
質中）として設計したものである。

【００３２】図３から明らかなように、特定の入射角、
例えば３５°において、６２０ｎｍのＲの波長と、５４
５ｎｍのＧの波長と、４７０ｎｍのＢの波長とでは回折
効率に大きな差があると同時に、ＲとＢの波長において
は回折効率がピーク値にはないことが分かる。また、６
２０ｎｍのＲ波長の回折効率のピークは入射角３８°近
傍に、４７０ｎｍのＢ波長の回折効率のピークは入射角
３２°近傍にあることも分かる。

【００３３】そこで、回折効率の点から、図２に示すよ
うに、バックライト３の微小ホログラム５′（又は、ホ
ログラム７とマイクロレンズ８′の組み合せ体。以下、
微小ホログラム５′で代表させる。）に対する入射角
を、Ｂ成分３ＢについてはＧ成分３Ｇより小さく、Ｒ成
分３ＲについてはＧ成分３Ｇより大きくすれば、それぞ
れの成分３Ｂ、３Ｇ、３Ｒが回折効率がピークとなる入
射角で微小ホログラム５′に入射し、ＲＧＢ各色の光を
略同じ割合で回折分光させるようにすることができる。
なお、図２においては、Ｂ成分３ＢをＧ成分３Ｇに対し
て小さくする角度、Ｒ成分３ＲをＧ成分３Ｇに対して大
きくする角度を何れもΔとしてある。上記図３の３つの
波長の場合、Δは約３°である。

【００３４】ただ、このようにすると問題となるのは、
図２に示すように、微小ホログラム５′で分光されたＢ
成分２７、Ｇ成分２８、Ｒ成分２９（図では主光線のみ
を示す。）の分離角が、バックライト各色成分３Ｂ、３
Ｇ、３Ｒを同じ入射角θで入射させた場合の分離角θ₁
より小さくなることである。上記３つの波長の場合、Ｒ
とＧ、ＢとＧの分離角が小さくなる角度δは約１．９°
である（同じ入射角３５°の場合の分離角θ₁は約４．
５°である。）。すなわち、ＲＧＢ各色の回折効率を略
同じになるようにバックライト３の各色の成分の入射角
を異ならせる方向は、ホログラムカラーフィルター５、
１０による各色の成分の分離角を縮小する方向となって
しまうことである。そのため、Ｂ成分２７とＲ成分２９
は対応する色の画素Ｒ、Ｂに丁度は入射せず、中心の画
素Ｇの方へ寄る形となり、目的とする対応する画素Ｒ、
Ｂのブラック・マトリックス４の開口内に入射すること
にはならず、表示色のクロストークが起きてしまう。

【００３５】そこで、この問題を防ぐには、図２から明
らかなように、上記の分離角の不足分δを補うように、
微小ホログラム５′（ホログラムアレー５から集光点ま
での距離）あるいはマイクロレンズ８′の焦点距離を元
のｆ₀からそれより長いｆ₁に延長して、その位置に表
示素子の画素６′を配置するようにすればよいことが分
かる。上記３つの波長の場合はｆ₀＝１．１４ｍｍから
ｆ₁＝２．７ｍｍとなる。

【００３６】さて、本発明においては、バックライト３
の入射角を上記のように色成分毎に異ならせるために、
回折格子あるいはホログラム回折格子を用いる。すなわ
ち、波長毎に回折角が異なる回折格子あるいはホログラ
ム回折格子をバックライト３中に配置して、図２に示し
たように、その回折格子あるいはホログラム回折格子に
より回折されたＢ成分３ＢをＧ成分３Ｇに対して所定の
角度Δだけ小さくなるようにし、また、回折されたＲ成
分３ＲをＧ成分３Ｇに対して所定の角度Δだけ大きくな
るようにし、ホログラムカラーフィルター５、１０に対
する入射角を、Ｂ成分３Ｂがθ−Δ、Ｇ成分３Ｇがθ、
Ｒ成分３Ｒがθ−Δとなるようにするものである。

【００３７】図１に、図４のホログラムカラーフィルタ
ー５のバックライト３入射光路中にそのような波長分散
型の透過型回折格子（ホログラム回折格子）３０を配置
してなる本発明の１つの実施例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の断面図を示す。
なお、図５、図６のホログラムカラーフィルター１０を
用いた液晶表示装置の場合も同様である。

【００３８】図１において、ホログラムアレー５と液晶
表示素子６の構成と配置関係は図４と同様である。すな
わち、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。ホログラ
ムアレー５とブラック・マトリックス４の間の間隔は微
小ホログラム５′の焦点距離に略一致するように選ばれ
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。

【００３９】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′からなる。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。

【００４０】そして、本発明に基づき、バックライト３
光路中に波長分散型の透過型回折格子（ホログラム回折
格子）３０を配置する。この回折格子３０は、垂直入射
のバックライト３中のＧ成分の波長５４５ｎｍの光を法
線から２１°の回折角で回折する特性のものであり、こ
のような特性の回折格子３０はバックライト３中のＲ成
分の波長６２０ｎｍの光を回折角２４°（波長５４５ｎ
ｍの光に対して分離角＋３°）で、Ｂ成分の波長４７０
ｎｍの光を回折角１８°（波長５４５ｎｍの光に対して
分離角−３°）で回折する特性を有している。そして、
ホログラムアレー５を図３の回折特性のもので構成し、
白色バックライ３中の回折格子３０で分光されたＧ成分
の波長５４５ｎｍの光３Ｇが入射角３５°でホログラム
アレー５に入射するように回折格子３０を相対配置す
る。そのため、白色バックライ３中の回折格子３０で分
光されたＲ成分の波長６２０ｎｍの光３Ｒは、ホログラ
ムアレー５に入射角３８°で、同じくＢ成分の波長４７
０ｎｍの光３Ｂは、ホログラムアレー５に入射角３２°
で入射するようになり、それぞれの波長の回折効率がピ
ークにある入射角（図３参照）でホログラムアレー５に
入射することになる。このため、ＲＧＢ各色のホログラ
ムカラーフィルター５による回折効率をピークの略同じ
値にすることができる。

【００４１】そして、各色成分は微小ホログラム５′に
よって異なる方向へ回折分光され、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の構成及び
液晶表示素子６との相対位置を決めることにより、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。

【００４２】このように、ホログラムカラーフィルター
５、１０に入射させるバックライト３光路中に回折格子
３０を、ホログラムカラーフィルター５、１０により分
光される赤成分と青成分の緑成分に対する分離角を縮小
させるように分光入射させる相対配置にすると、ＲＧＢ
各色のホログラムカラーフィルター５による回折効率を
ピークの略同じ値にして、表示の色純度、色再現性を良
好にできると共に、照明光の利用効率を大幅に向上させ
ることができる。

【００４３】また、図１の配置と図４の配置を比較して
明らかなように、ホログラムカラーフィルター５及び液
晶表示素子６に対するバックライト３入射角が回折格子
３０を挿入したことによりずっと小さくなり（実施例の
場合、３５°から１４°に減少）、バックライト３の液
晶表示装置に対する軸外れ度合いが大幅に改善され、特
に直視型の液晶表示装置として構成する場合に全体の寸
法を小さくすることができる。

【００４４】ところで、図１の実施例では、回折格子３
０により分光された各色成分３Ｒ、３Ｇ、３Ｂがホログ
ラムカラーフィルター５におけるそれらの波長成分の回
折効率がピークとなる角度で入射させるようにしたが、
必ずしも各色成分３Ｒ、３Ｇ、３Ｂをそのピークとなる
角度に一致させる必要はない。図１において、回折格子
３０として、垂直入射のバックライト３中のＧ成分の波
長５４５ｎｍの光を法線から３５°の回折角で回折する
特性のものとした場合、回折格子３０とホログラムカラ
ーフィルター５を平行に離間してあるいは一体に配置し
て、バックライト３入射角を０°にすることができる。
その場合は、バックライト３は液晶表示装置に対して完
全に垂直に入射させるインライン配置になり、液晶表示
装置の全体の寸法を大幅に小さくでき、特に直視型の液
晶表示装置に適した配置となる。ただし、この場合は、
回折格子３０により回折されたＢ成分３ＢのＧ成分３Ｇ
に対する相対角度、回折されたＲ成分３ＲのＧ成分３Ｇ
に対する相対角度がそれぞれ約−５°、＋５°となり、
望ましい角度−３°、＋３°より絶対値で若干大きくな
るため、回折格子３０により分光された各色成分３Ｒ、
３Ｇ、３Ｂはホログラムカラーフィルター５におけるそ
れらの波長成分の回折効率がピークとなる角度で入射し
ない配置のため、図１の実施例と比較して、回折効率が
色成分間で若干異なる分表示の色純度、色再現性が悪く
なるが、回折格子３０を配置しない従来の場合よりは良
くなる。

【００４５】以上の実施例では、回折格子３０として
は、バックライト３を垂直入射させ所定の分離角を得る
透過型回折格子としたが、その入射角は９０°以外のも
のとする透過型回折格子であってももちろんよい。ま
た、透過型回折格子の代わりに反射型回折格子を用いる
ようにしてもよい。さらには、分光プリズムを用いても
よい。

【００４６】以上、本発明のホログラムカラーフィルタ
ーシステム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。
また、本発明のホログラムカラーフィルターシステムは
直視型、投影型何れの液晶表示装置にも適用できる。

【００４７】

【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より分光される赤成分と青成
分の緑成分に対する分離角を縮小させるような分光配置
の波長分光手段をホログラムカラーフィルターに入射す
る白色光の光路中に配置するので、ＲＧＢ各色のホログ
ラムカラーフィルターによる回折効率を略同じ値にし
て、表示の色純度、色再現性を良好にできると共に、照
明光の利用効率を大幅に向上させることができる。ま
た、ホログラムカラーフィルターに対する白色光の入射
角が波長分光手段を挿入したことにより小さくなり、特
に直視型の液晶表示装置として構成する場合に全体の寸
法を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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１つの実施例の液晶表示装置の断面図である。

【図２】本発明のホログラムカラーフィルターシステム
の原理を説明するための図である。

【図３】ホログラムカラーフィルターを構成する微小ホ
ログラムの特定波長のバックライト入射角とその波長の
回折効率の関係を示す図である。

【図４】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概略断面図である。

【図５】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概略断面図である。

【図６】図５の変形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概略断面図である。

【図７】図６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。

【図８】液晶表示素子の断面図である。

【図９】ホログラムカラーフィルターの回折効率特性の
１例を示す図である。

【符号の説明】

３…バックライト３Ｂ…バックライトの分光されたＢ成分３Ｇ…バックライトの分光されたＧ成分３Ｒ…バックライトの分光されたＲ成分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）５′…微小ホログラム６…液晶表示素子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１４…照明装置１５…メタルハライドランプ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２６…基板２７…分光されたＢ成分２８…分光されたＧ成分２９…分光されたＲ成分３０…波長分散型の透過型回折格子（ホログラム回折格
子）

Claims

【特許請求の範囲】

【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より分光される赤成
分と青成分の緑成分に対する分離角を縮小させるような
分光配置の波長分光手段が前記ホログラムカラーフィル
ターに入射する白色光の光路中に配置されていることを
特徴とするホログラムカラーフィルターシステム。
【請求項２】前記波長分光手段として、透過型回折格
子を用い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。
【請求項３】前記透過型回折格子に対する前記白色光
の入射角が略０°であることを特徴とする請求項２記載
のホログラムカラーフィルターシステム。
【請求項４】前記透過型回折格子が前記ホログラムカ
ラーフィルターに略平行に配置されていることを特徴と
する請求項３記載のホログラムカラーフィルターシステ
ム。
【請求項５】前記白色光が前記透過型回折格子で分光
された赤成分、緑成分、青成分の前記ホログラムカラー
フィルターへの入射角が、前記ホログラムカラーフィル
ターにおけるそれらの成分の回折効率が略ピークとなる
入射角に一致することを特徴とする請求項２から４の何
れか１項記載のホログラムカラーフィルターシステム。
【請求項６】前記透過型回折格子を前記ホログラムカ
ラーフィルターに密着あるいは近接して配置されている
ことを特徴とする請求項４記載のホログラムカラーフィ
ルターシステム。
【請求項７】前記波長分光手段として、反射型回折格
子を用い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。
【請求項８】前記波長分光手段として、分光プリズム
を用い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。
【請求項９】前記ホログラムカラーフィルターが液晶
表示装置の照明光入射側に配置されていることを特徴と
する請求項１から８の何れか１項記載のホログラムカラ
ーフィルターシステム。
【請求項１０】前記液晶表示装置がその表示像をスク
リーンに投影する投影表示用のものであることを特徴と
する請求項９記載のホログラムカラーフィルターシステ
ム。