JPH11258426A - 反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置 - Google Patents
反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置Info
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- JPH11258426A JPH11258426A JP5934198A JP5934198A JPH11258426A JP H11258426 A JPH11258426 A JP H11258426A JP 5934198 A JP5934198 A JP 5934198A JP 5934198 A JP5934198 A JP 5934198A JP H11258426 A JPH11258426 A JP H11258426A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製作が容易で、ＲＧＢ３波長域で回折効率を
均一にすることができ、装置の小型化に寄与でき、か
つ、製作コストが低い反射型ホログラムからなる色分離
光学素子。 【解決手段】 ３枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１
B を積層して１枚の積層体にするか、あるいは、１枚の
体積型ホログラム感光材料中に３枚の反射型ホログラム
１R 、１G 、１B を多重記録してなるホログラムであっ
て、それら３枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１B は
入射角θが相互に同じで回折波長が異なり、回折角
αR 、αG 、αB が相互に異なる反射型ホログラムから
なる色分離光学素子４。
均一にすることができ、装置の小型化に寄与でき、か
つ、製作コストが低い反射型ホログラムからなる色分離
光学素子。 【解決手段】 ３枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１
B を積層して１枚の積層体にするか、あるいは、１枚の
体積型ホログラム感光材料中に３枚の反射型ホログラム
１R 、１G 、１B を多重記録してなるホログラムであっ
て、それら３枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１B は
入射角θが相互に同じで回折波長が異なり、回折角
αR 、αG 、αB が相互に異なる反射型ホログラムから
なる色分離光学素子４。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型ホログラム
からなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表
示装置に関し、特に、カラー液晶表示装置のカラーフィ
ルターとして好適な色分離光学素子に関するものであ
る。
からなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表
示装置に関し、特に、カラー液晶表示装置のカラーフィ
ルターとして好適な色分離光学素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラー液晶表示装置のための色分
離機能を持つ光学部材として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑
色）、Ｂ（青色）各色用顔料を画素配列に応じてパター
ニングしてなる吸収型カラーフィルターが使用されてい
る。
離機能を持つ光学部材として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑
色）、Ｂ（青色）各色用顔料を画素配列に応じてパター
ニングしてなる吸収型カラーフィルターが使用されてい
る。
【０００３】また、概ね平行光化された光源を使用する
カラー液晶プロジェクター等の用途においては、透過
型ホログラムをＲＧＢ毎にパターニングし３層積層した
方式（特表平２−５００９３７号）、透過型ホログラ
ムによる分散・集光機能を用いた本出願人の方式（米国
特許第５、５０６、７０１号）等がある。また、各色毎
のダイクロイックミラーを角度を変えて３枚配置し、そ
こで分離された各色の光をマイクロレンズによって各画
素に集光させる方式も提案されている（特開平４−６０
５３８号）。
カラー液晶プロジェクター等の用途においては、透過
型ホログラムをＲＧＢ毎にパターニングし３層積層した
方式（特表平２−５００９３７号）、透過型ホログラ
ムによる分散・集光機能を用いた本出願人の方式（米国
特許第５、５０６、７０１号）等がある。また、各色毎
のダイクロイックミラーを角度を変えて３枚配置し、そ
こで分離された各色の光をマイクロレンズによって各画
素に集光させる方式も提案されている（特開平４−６０
５３８号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの方式の問題点
として、上記の方式では、微細にパターニングしたホ
ログラムを複数層用いる必要があり、製作が容易ではな
い。また、の方式では、ホログラム１層によって可視
光ＲＧＢ全てを分離する必要があるが、体積型ホログラ
ムの特性として、全波長域で回折効率を均一にすること
は難しかった。の方式では、高価なダイクロイックミ
ラーを３枚使用するため、コストの面で問題がある。ま
た、角度を異ならせて３枚のミラー（ダイクロイックミ
ラー）を配置するため、装置の小型化が困難であった。
として、上記の方式では、微細にパターニングしたホ
ログラムを複数層用いる必要があり、製作が容易ではな
い。また、の方式では、ホログラム１層によって可視
光ＲＧＢ全てを分離する必要があるが、体積型ホログラ
ムの特性として、全波長域で回折効率を均一にすること
は難しかった。の方式では、高価なダイクロイックミ
ラーを３枚使用するため、コストの面で問題がある。ま
た、角度を異ならせて３枚のミラー（ダイクロイックミ
ラー）を配置するため、装置の小型化が困難であった。
【０００５】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、製作が容易で、
ＲＧＢ３波長域で回折効率を均一にすることができ、装
置の小型化に寄与でき、かつ、製作コストが低い反射型
ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカ
ラー液晶表示装置を提供することである。
みてなされたものであり、その目的は、製作が容易で、
ＲＧＢ３波長域で回折効率を均一にすることができ、装
置の小型化に寄与でき、かつ、製作コストが低い反射型
ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカ
ラー液晶表示装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の反射型ホログラムからなる色分離光学素子は、３枚
の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体にするか、
あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中に３枚の
反射型ホログラムを多重記録してなるホログラムであっ
て、それら３枚の反射型ホログラムは入射角が相互に同
じで回折波長が異なり、回折角が相互に異なることを特
徴とするものである。
明の反射型ホログラムからなる色分離光学素子は、３枚
の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体にするか、
あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中に３枚の
反射型ホログラムを多重記録してなるホログラムであっ
て、それら３枚の反射型ホログラムは入射角が相互に同
じで回折波長が異なり、回折角が相互に異なることを特
徴とするものである。
【０００７】この場合、各反射型ホログラムは平行光同
志の干渉縞からなることが望ましい。
志の干渉縞からなることが望ましい。
【０００８】また、３枚の反射型ホログラムの中の１枚
の反射型ホログラムの回折角をαとするとき、他の１枚
の反射型ホログラムの回折角は略α＋Δ、残りの１枚の
反射型ホログラムの回折角は略α−Δに設定されている
ことが望ましい。
の反射型ホログラムの回折角をαとするとき、他の１枚
の反射型ホログラムの回折角は略α＋Δ、残りの１枚の
反射型ホログラムの回折角は略α−Δに設定されている
ことが望ましい。
【０００９】また、３枚の反射型ホログラムに共通の入
射角とそれぞれの反射型ホログラムの回折角とが正反射
の角度関係にないことが望ましい。
射角とそれぞれの反射型ホログラムの回折角とが正反射
の角度関係にないことが望ましい。
【００１０】また、３枚の反射型ホログラムの回折効率
のピーク波長がそれぞれ６００〜７００ｎｍ、５００〜
６００ｎｍ、４００〜５００ｎｍの波長域にあることが
望ましい。
のピーク波長がそれぞれ６００〜７００ｎｍ、５００〜
６００ｎｍ、４００〜５００ｎｍの波長域にあることが
望ましい。
【００１１】また、３枚の反射型ホログラムを共通基板
上に粘着剤を介してラミネートされているものとするこ
とができる。
上に粘着剤を介してラミネートされているものとするこ
とができる。
【００１２】また、３枚の反射型ホログラムが表面側か
ら、青色用、緑色用、赤色用の順にラミネートされてい
るものとすることができる。
ら、青色用、緑色用、赤色用の順にラミネートされてい
るものとすることができる。
【００１３】また、３枚の反射型ホログラム各々は、回
折効率のピーク波長より短い波長の光で記録され、記録
波長シフト用フィルムを用いて所望の回折効率ピーク波
長へ再生波長がシフトされたものとすることができる。
折効率のピーク波長より短い波長の光で記録され、記録
波長シフト用フィルムを用いて所望の回折効率ピーク波
長へ再生波長がシフトされたものとすることができる。
【００１４】本発明の反射型ホログラムからなる色分離
光学素子を用いたカラー液晶表示装置は、液晶層を備
え、独立に変調状態が制御可能な画素の２次元集合体か
らなる液晶表示パネルと、その照明側に、前記液晶表示
パネルの３つの隣接する画素に対して１個の集光レンズ
が対応し、かつ、各集光レンズの焦点面が前記液晶表示
パネルの液晶層に略一致するように配置されたマイクロ
レンズアレーと、前記マイクロレンズアレーの照明側に
配置された３枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積
層体にするか、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光
材料中に３枚の反射型ホログラムを多重記録してなるホ
ログラムであって、それら３枚の反射型ホログラムは入
射角が相互に同じで回折波長が異なり、回折角が相互に
異なる反射型ホログラムからなる色分離光学素子とから
なり、前記色分離光学素子により異なる色に分離された
３つの光束を前記マイクロレンズアレーの各集光レンズ
により対応する３つの画素の別々の画素開口に集光させ
ることを特徴とするものである。
光学素子を用いたカラー液晶表示装置は、液晶層を備
え、独立に変調状態が制御可能な画素の２次元集合体か
らなる液晶表示パネルと、その照明側に、前記液晶表示
パネルの３つの隣接する画素に対して１個の集光レンズ
が対応し、かつ、各集光レンズの焦点面が前記液晶表示
パネルの液晶層に略一致するように配置されたマイクロ
レンズアレーと、前記マイクロレンズアレーの照明側に
配置された３枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積
層体にするか、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光
材料中に３枚の反射型ホログラムを多重記録してなるホ
ログラムであって、それら３枚の反射型ホログラムは入
射角が相互に同じで回折波長が異なり、回折角が相互に
異なる反射型ホログラムからなる色分離光学素子とから
なり、前記色分離光学素子により異なる色に分離された
３つの光束を前記マイクロレンズアレーの各集光レンズ
により対応する３つの画素の別々の画素開口に集光させ
ることを特徴とするものである。
【００１５】この場合に、表示カラー画像を投影光学系
を用いて反射型スクリーン上に拡大投影するか、あるい
は、透過型スクリーン上に拡大投影するようにすること
ができる。
を用いて反射型スクリーン上に拡大投影するか、あるい
は、透過型スクリーン上に拡大投影するようにすること
ができる。
【００１６】本発明においては、色分離光学素子が、３
枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体にする
か、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中に３
枚の反射型ホログラムを多重記録してなり、それら３枚
の反射型ホログラムは入射角が相互に同じで回折波長が
異なり、回折角が相互に異なるので、構成する３枚の反
射型ホログラムそれぞれの回折効率は独立に設定できる
ので、３つの波長域での回折効率を揃えて均一にするこ
とができ、また、反射型ホログラムそれぞれは何らパタ
ーニングする必要がなく、また積層するときにも位置合
わせが必要ないので、製造が容易である。また、大量生
産により製造コストを低くすることができる。さらに
は、基板上に３層のホログラムを形成することで、その
色分離光学素子を組み込んだカラー液晶表示装置等を小
型化することができる。
枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体にする
か、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中に３
枚の反射型ホログラムを多重記録してなり、それら３枚
の反射型ホログラムは入射角が相互に同じで回折波長が
異なり、回折角が相互に異なるので、構成する３枚の反
射型ホログラムそれぞれの回折効率は独立に設定できる
ので、３つの波長域での回折効率を揃えて均一にするこ
とができ、また、反射型ホログラムそれぞれは何らパタ
ーニングする必要がなく、また積層するときにも位置合
わせが必要ないので、製造が容易である。また、大量生
産により製造コストを低くすることができる。さらに
は、基板上に３層のホログラムを形成することで、その
色分離光学素子を組み込んだカラー液晶表示装置等を小
型化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の反射型ホログラム
からなる色分離光学素子とそれを用いたカラー液晶表示
装置を実施例に基づいて説明する。反射型ホログラム
は、フォトポリマーのような体積型ホログラム感光材料
の対向する両面から参照光と物体光を入射させてその中
で両者を干渉させることにより記録される。その記録さ
れたホログラムに記録の際の参照光あるいは物体光の一
方と同じ波長で同じ入射角の光を入射させると、記録の
際の他方の物体光あるいは参照光と同じ角度で進む光が
回折される性質を有するものである。
からなる色分離光学素子とそれを用いたカラー液晶表示
装置を実施例に基づいて説明する。反射型ホログラム
は、フォトポリマーのような体積型ホログラム感光材料
の対向する両面から参照光と物体光を入射させてその中
で両者を干渉させることにより記録される。その記録さ
れたホログラムに記録の際の参照光あるいは物体光の一
方と同じ波長で同じ入射角の光を入射させると、記録の
際の他方の物体光あるいは参照光と同じ角度で進む光が
回折される性質を有するものである。
【００１８】このような反射型ホログラムは、所定の回
折を起こさせるためには、回折する波長の波長選択性が
高く、また、入射光の入射角の角度選択性が高い特性を
有している。
折を起こさせるためには、回折する波長の波長選択性が
高く、また、入射光の入射角の角度選択性が高い特性を
有している。
【００１９】本発明においてはこの２つの特性を利用す
る。本発明においては、３層の反射型ホログラムを用い
る。その中の１つの反射型ホログラム１R は、図１
（ａ）に示すように、所定の入射角θで入射したＲ波長
領域中の中心波長λR の光２R を回折角αR で回折光３
R として回折するものであり、もう１つの反射型ホログ
ラム１G は、図１（ｂ）に示すように、所定の入射角θ
で入射したＧ波長領域中の中心波長λG の光２G を回折
角αG で回折光３G として回折するものであり、残りの
１つの反射型ホログラム１B は、図１（ｃ）に示すよう
に、所定の入射角θで入射したＢ波長領域中の中心波長
λB の光２B を回折角αB で回折光３B として回折する
ものである。そして、これら回折角αR 、αG 、αB の
間には、何れか１つの回折角、例えばαG を中心にし
て、他の回折角αR 、αB は中心の回折角αG を間にし
て、一方は微小角Δだけ大きく、他方は微小角Δだけ小
さく、例えばαR ＝αG ＋Δ、αB ＝αG −Δに設定さ
れている。
る。本発明においては、３層の反射型ホログラムを用い
る。その中の１つの反射型ホログラム１R は、図１
（ａ）に示すように、所定の入射角θで入射したＲ波長
領域中の中心波長λR の光２R を回折角αR で回折光３
R として回折するものであり、もう１つの反射型ホログ
ラム１G は、図１（ｂ）に示すように、所定の入射角θ
で入射したＧ波長領域中の中心波長λG の光２G を回折
角αG で回折光３G として回折するものであり、残りの
１つの反射型ホログラム１B は、図１（ｃ）に示すよう
に、所定の入射角θで入射したＢ波長領域中の中心波長
λB の光２B を回折角αB で回折光３B として回折する
ものである。そして、これら回折角αR 、αG 、αB の
間には、何れか１つの回折角、例えばαG を中心にし
て、他の回折角αR 、αB は中心の回折角αG を間にし
て、一方は微小角Δだけ大きく、他方は微小角Δだけ小
さく、例えばαR ＝αG ＋Δ、αB ＝αG −Δに設定さ
れている。
【００２０】このような３枚の反射型ホログラム１R 、
１G 、１B を積層して１枚の積層体にしたもの、あるい
は、１枚の体積型ホログラム感光材料中に多重記録した
ものが本発明による色分離光学素子である。図２に、３
枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１B を積層して１枚
の積層体として構成した本発明による色分離光学素子４
の断面図を示す。このような３枚の反射型ホログラム１
R 、１G 、１B からなる色分離光学素子４に、入射角θ
で波長λR 、λG 、λB の光を含む照明光５を入射させ
ると、波長λR の光は反射型ホログラム１R により回折
角αR で回折光３R として回折され、この回折光３R は
反射型ホログラムの波長選択性により他の反射型ホログ
ラム１G 、１B によって回折等の影響をされずに色分離
光学素子２から射出角αR で回折される。同様に、入射
角θで入射する照明光５の中の波長λG の光は色分離光
学素子２から射出角αG で回折され、波長λB の光は色
分離光学素子２から射出角αB で回折される。
１G 、１B を積層して１枚の積層体にしたもの、あるい
は、１枚の体積型ホログラム感光材料中に多重記録した
ものが本発明による色分離光学素子である。図２に、３
枚の反射型ホログラム１R 、１G 、１B を積層して１枚
の積層体として構成した本発明による色分離光学素子４
の断面図を示す。このような３枚の反射型ホログラム１
R 、１G 、１B からなる色分離光学素子４に、入射角θ
で波長λR 、λG 、λB の光を含む照明光５を入射させ
ると、波長λR の光は反射型ホログラム１R により回折
角αR で回折光３R として回折され、この回折光３R は
反射型ホログラムの波長選択性により他の反射型ホログ
ラム１G 、１B によって回折等の影響をされずに色分離
光学素子２から射出角αR で回折される。同様に、入射
角θで入射する照明光５の中の波長λG の光は色分離光
学素子２から射出角αG で回折され、波長λB の光は色
分離光学素子２から射出角αB で回折される。
【００２１】このように、入射角が同じで回折波長が異
なり回折角が相互に僅かに異なる３層の反射型ホログラ
ムを積層あるいは多重記録してなる本発明による色分離
光学素子４は、それらの波長を含む照明光をその入射角
で入射させると、３つの波長の光はそれぞれの波長に対
する回折角で与えられる異なる３方向へ分離されて進
み、白色の照明光が色分離されて進むことになる。
なり回折角が相互に僅かに異なる３層の反射型ホログラ
ムを積層あるいは多重記録してなる本発明による色分離
光学素子４は、それらの波長を含む照明光をその入射角
で入射させると、３つの波長の光はそれぞれの波長に対
する回折角で与えられる異なる３方向へ分離されて進
み、白色の照明光が色分離されて進むことになる。
【００２２】ここで、入射角θと回折角αR 、αG 、α
B の関係として、θ≠−αR ，−αG ，−αB の関係を
満たすように、すなわち、相互に正反射の角度関係にな
らないように設定するのが望ましい。
B の関係として、θ≠−αR ，−αG ，−αB の関係を
満たすように、すなわち、相互に正反射の角度関係にな
らないように設定するのが望ましい。
【００２３】なお、このような色分離光学素子４を構成
する反射型ホログラム１R 、１G 、１B それぞれは、最
も簡単には、入射光２R 、２G 、２B に相当する光束と
回折光３R 、３G 、３B に相当する光束とを、それぞれ
入射角θと入射角αR 、αG、αB で体積型ホログラム
感光材料の相互に反対側の面から入射させて干渉記録す
ることにより得られる。図３に、その中の反射型ホログ
ラム１R を代表にあげてその反射型ホログラム１R を記
録するための光学配置を示す。フォトポリマーのような
体積型ホログラム感光材料１０の表側から波長λR の光
束６R を入射角θで入射させると共に、体積型ホログラ
ム感光材料１０の裏側から波長λR の光束７R を入射角
αR で入射させることにより、反射型ホログラム１R が
干渉記録される。この場合、光束６R 、７R としては、
照明光５、回折光３R 共に平行光束とする場合には、同
様に平行光束でよく、パターニング、位置合わせ等の必
要がなく極めて簡単に反射型ホログラム１R を作製する
ことができる。反射型ホログラム１G 、１B も同様に作
製される。
する反射型ホログラム１R 、１G 、１B それぞれは、最
も簡単には、入射光２R 、２G 、２B に相当する光束と
回折光３R 、３G 、３B に相当する光束とを、それぞれ
入射角θと入射角αR 、αG、αB で体積型ホログラム
感光材料の相互に反対側の面から入射させて干渉記録す
ることにより得られる。図３に、その中の反射型ホログ
ラム１R を代表にあげてその反射型ホログラム１R を記
録するための光学配置を示す。フォトポリマーのような
体積型ホログラム感光材料１０の表側から波長λR の光
束６R を入射角θで入射させると共に、体積型ホログラ
ム感光材料１０の裏側から波長λR の光束７R を入射角
αR で入射させることにより、反射型ホログラム１R が
干渉記録される。この場合、光束６R 、７R としては、
照明光５、回折光３R 共に平行光束とする場合には、同
様に平行光束でよく、パターニング、位置合わせ等の必
要がなく極めて簡単に反射型ホログラム１R を作製する
ことができる。反射型ホログラム１G 、１B も同様に作
製される。
【００２４】さて、以上のような本発明による色分離光
学素子４は、マイクロレンズアレーと併用することによ
り、カラー液晶表示装置のカラーフィルターとして利用
することができる。
学素子４は、マイクロレンズアレーと併用することによ
り、カラー液晶表示装置のカラーフィルターとして利用
することができる。
【００２５】その原理を図４を参照にして説明する。こ
の図は本発明によるカラー液晶表示装置の断面図であ
り、液晶表示パネル１１は、ツイストネマチック液晶等
の液晶層１４が透明ガラス板１２と１３の間に挟まれて
なり、観察側の透明ガラス板１３の液晶層１４と接する
面には、ＴＦＴを含む透明画素電極１６が設けられ、照
明側の透明ガラス板１２の液晶層１４と接する面には、
共通対向電極１５が設けられており、さらにそれら電極
１５、１６表面には配向膜、ブラックマトリックス等が
設けられている。画素電極１６はＲ（赤色）、Ｇ（緑
色）、Ｂ（青色）画素毎に独立に制御可能になってお
り、Ｒ画素用画素電極を１６R 、Ｇ画素用画素電極を１
６G 、Ｂ画素用画素電極を１６B とすると、これらの電
極１６R 、１６G 、１６B の領域がそれぞれＲ画素、Ｇ
画素、Ｂ画素を構成することになる。なお、透明画素電
極１６、透明共通対向電極１５の代わりに、一方を透明
信号電極、他方を透明走査電極とするマトリックス電極
構造にすることもできる。なお、液晶表示パネル１１の
入射側及び射出側には液晶表示素子の動作原理に応じて
図示しない偏光板が配置されている。
の図は本発明によるカラー液晶表示装置の断面図であ
り、液晶表示パネル１１は、ツイストネマチック液晶等
の液晶層１４が透明ガラス板１２と１３の間に挟まれて
なり、観察側の透明ガラス板１３の液晶層１４と接する
面には、ＴＦＴを含む透明画素電極１６が設けられ、照
明側の透明ガラス板１２の液晶層１４と接する面には、
共通対向電極１５が設けられており、さらにそれら電極
１５、１６表面には配向膜、ブラックマトリックス等が
設けられている。画素電極１６はＲ（赤色）、Ｇ（緑
色）、Ｂ（青色）画素毎に独立に制御可能になってお
り、Ｒ画素用画素電極を１６R 、Ｇ画素用画素電極を１
６G 、Ｂ画素用画素電極を１６B とすると、これらの電
極１６R 、１６G 、１６B の領域がそれぞれＲ画素、Ｇ
画素、Ｂ画素を構成することになる。なお、透明画素電
極１６、透明共通対向電極１５の代わりに、一方を透明
信号電極、他方を透明走査電極とするマトリックス電極
構造にすることもできる。なお、液晶表示パネル１１の
入射側及び射出側には液晶表示素子の動作原理に応じて
図示しない偏光板が配置されている。
【００２６】また、液晶表示パネル１１の照明側には、
ＲＧＢ３つの画素に対して１個の微小集光レンズ２２が
対応し、かつ、各微小集光レンズ２２の焦点面が液晶表
示パネル１１の液晶層１４に略一致するように、マイク
ロレンズアレー２１が配置されている。
ＲＧＢ３つの画素に対して１個の微小集光レンズ２２が
対応し、かつ、各微小集光レンズ２２の焦点面が液晶表
示パネル１１の液晶層１４に略一致するように、マイク
ロレンズアレー２１が配置されている。
【００２７】そして、このマイクロレンズアレー２１の
前方には、上記の本発明による色分離光学素子４が配置
されており、図の場合は、分かりやすくするため、Ｇ波
長領域中の波長λG の回折光３G の回折角αG を０°に
設定している。もちろん、回折角αG はこの角度に限定
されず任意の角度でよい。
前方には、上記の本発明による色分離光学素子４が配置
されており、図の場合は、分かりやすくするため、Ｇ波
長領域中の波長λG の回折光３G の回折角αG を０°に
設定している。もちろん、回折角αG はこの角度に限定
されず任意の角度でよい。
【００２８】このような構成であるので、３枚の反射型
ホログラム１R 、１G 、１B からなる色分離光学素子４
（図２）に、入射角θで波長λR 、λG 、λB の光を含
む平行な照明光５が入射すると、中心波長λR のＲ回折
光３R は回折角αR （＝＋Δ）で、中心波長λG のＧ回
折光３G は回折角αG （＝０）で、中心波長λB のＢ回
折光３B は回折角αB （＝−Δ）でそれぞれ回折され、
ＲＧＢの光３R 、３G、３B は角度分離されてマイクロ
レンズアレー２１に入射する。
ホログラム１R 、１G 、１B からなる色分離光学素子４
（図２）に、入射角θで波長λR 、λG 、λB の光を含
む平行な照明光５が入射すると、中心波長λR のＲ回折
光３R は回折角αR （＝＋Δ）で、中心波長λG のＧ回
折光３G は回折角αG （＝０）で、中心波長λB のＢ回
折光３B は回折角αB （＝−Δ）でそれぞれ回折され、
ＲＧＢの光３R 、３G、３B は角度分離されてマイクロ
レンズアレー２１に入射する。
【００２９】マイクロレンズアレー２１の微小集光レン
ズ２２に入射角αR ＝αG ＋Δ、αG 、αB ＝αG −Δ
で入射した平行光束３R 、３G 、３B はそれぞれその焦
点面の異なる位置に集光するが、微小集光レンズ２２の
焦点距離をｆとすると、それらの集光点間の間隔は略Δ
ｆとなる。ＲＧＢ画素用電極１６R 、１６G 、１６B間
の間隔をこの集光点間の間隔に一致するように設定し、
かつ、それら集光点が各電極１６R 、１６G 、１６B の
中心になるように設定しておけば、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ
画素それぞれにＲ光３R 、Ｇ光３G 、Ｂ光３B が入射
し、液晶層１４での各画素の制御状態に応じた変調を受
けることになり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の集合で表現
されるカラー画像が表示されることになる。
ズ２２に入射角αR ＝αG ＋Δ、αG 、αB ＝αG −Δ
で入射した平行光束３R 、３G 、３B はそれぞれその焦
点面の異なる位置に集光するが、微小集光レンズ２２の
焦点距離をｆとすると、それらの集光点間の間隔は略Δ
ｆとなる。ＲＧＢ画素用電極１６R 、１６G 、１６B間
の間隔をこの集光点間の間隔に一致するように設定し、
かつ、それら集光点が各電極１６R 、１６G 、１６B の
中心になるように設定しておけば、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ
画素それぞれにＲ光３R 、Ｇ光３G 、Ｂ光３B が入射
し、液晶層１４での各画素の制御状態に応じた変調を受
けることになり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の集合で表現
されるカラー画像が表示されることになる。
【００３０】このようなカラー液晶表示装置の観察側
（透明ガラス板１３側）にすりガラス等の光拡散板を配
置して直視型の液晶表示装置としてもよいが、図５に示
すように、液晶表示パネル１１の表示側前方に投影光学
系２３を配置して、さらにその前方のスクリーン２４上
にカラー液晶表示装置の表示画像を拡大投影するカラー
液晶プロジェクターとして構成してもよい。このカラー
液晶プロジェクターにおいては、スクリーン２４を反射
型としてフロント投影型カラー液晶プロジェクターとし
てもよく、また、スクリーン２４を透過型としてリア投
影型カラー液晶プロジェクターとしてもよい。なお、図
５中、符号２５は照明光５のための光源、符号２６は光
源２５からの光を平行光束５に変換する光学系である。
（透明ガラス板１３側）にすりガラス等の光拡散板を配
置して直視型の液晶表示装置としてもよいが、図５に示
すように、液晶表示パネル１１の表示側前方に投影光学
系２３を配置して、さらにその前方のスクリーン２４上
にカラー液晶表示装置の表示画像を拡大投影するカラー
液晶プロジェクターとして構成してもよい。このカラー
液晶プロジェクターにおいては、スクリーン２４を反射
型としてフロント投影型カラー液晶プロジェクターとし
てもよく、また、スクリーン２４を透過型としてリア投
影型カラー液晶プロジェクターとしてもよい。なお、図
５中、符号２５は照明光５のための光源、符号２６は光
源２５からの光を平行光束５に変換する光学系である。
【００３１】なお、本発明の色分離光学素子４をカラー
液晶表示装置のカラーフィルターとして用いる場合に
は、反射型ホログラム１R 、１G 、１B の回折効率のピ
ーク波長は、それぞれ６００〜７００ｎｍ、５００〜６
００ｎｍ、４００〜５００ｎｍの波長域にあるようにす
ることが望ましい。
液晶表示装置のカラーフィルターとして用いる場合に
は、反射型ホログラム１R 、１G 、１B の回折効率のピ
ーク波長は、それぞれ６００〜７００ｎｍ、５００〜６
００ｎｍ、４００〜５００ｎｍの波長域にあるようにす
ることが望ましい。
【００３２】以上から明らかなように、上記の本発明に
よる反射型ホログラムからなる色分離光学素子４におい
ては、それを構成する３枚の反射型ホログラム１R 、１
G 、１B それぞれの回折効率は独立に設定できるので、
３つの波長域ＲＧＢでの回折効率を揃えて均一にするこ
とができ、また、反射型ホログラム１R 、１G 、１Bそ
れぞれは何らパターニングする必要がなく、また積層す
るときにも位置合わせが必要ないので、製造が容易であ
る。また、大量生産により製造コストを低くすることが
できる。さらには、基板上に３層のホログラムを形成す
ることで、その色分離光学素子４を組み込んだカラー液
晶表示装置等を小型化することができる。
よる反射型ホログラムからなる色分離光学素子４におい
ては、それを構成する３枚の反射型ホログラム１R 、１
G 、１B それぞれの回折効率は独立に設定できるので、
３つの波長域ＲＧＢでの回折効率を揃えて均一にするこ
とができ、また、反射型ホログラム１R 、１G 、１Bそ
れぞれは何らパターニングする必要がなく、また積層す
るときにも位置合わせが必要ないので、製造が容易であ
る。また、大量生産により製造コストを低くすることが
できる。さらには、基板上に３層のホログラムを形成す
ることで、その色分離光学素子４を組み込んだカラー液
晶表示装置等を小型化することができる。
【００３３】なお、以上の実施例では、回折光３R 、３
G 、３B を１つの平面内で分離するものとしたが、液晶
表示パネル１１のＲＧＢ画素が１列に並んでいないでデ
ルタ配置等の２次元的な配置の場合には、回折光３R 、
３G 、３B の集光点が２次元的に並ぶように、回折光３
R 、３G 、３B が３次元空間内で分離されるよう、各反
射型ホログラム１R 、１G 、１B を作製する必要があ
る。
G 、３B を１つの平面内で分離するものとしたが、液晶
表示パネル１１のＲＧＢ画素が１列に並んでいないでデ
ルタ配置等の２次元的な配置の場合には、回折光３R 、
３G 、３B の集光点が２次元的に並ぶように、回折光３
R 、３G 、３B が３次元空間内で分離されるよう、各反
射型ホログラム１R 、１G 、１B を作製する必要があ
る。
【００３４】以下に、本発明による反射型ホログラムか
らなる色分離光学素子の１つの具体例について説明す
る。まず、ＲＧＢ用の３枚の反射型ホログラムの仕様を
下記のように設定した。
らなる色分離光学素子の１つの具体例について説明す
る。まず、ＲＧＢ用の３枚の反射型ホログラムの仕様を
下記のように設定した。
【００３５】（赤色用反射型ホログラム） 目標再生中心波長：６４０ｎｍ 記録波長：５３２ｎｍ（ＬＤ励起レーザー） 撮影光学系：入射角 ４５°、回折角−５° 目標再生光学系：入射角 ４５°、回折角−５° （緑色用反射型ホログラム） 目標再生中心波長：５５０ｎｍ 記録波長：４７７ｎｍ（Ａｒレーザー） 撮影光学系：入射角 ４５°、回折角０° 目標再生光学系：入射角 ４５°、回折角０° （青色用反射型ホログラム） 目標再生中心波長：４５０ｎｍ 記録波長：４１３ｎｍ（Ａｒレーザー） 撮影光学系：入射角 ４５°、回折角＋５° 目標再生光学系：入射角 ４５°、回折角＋５° （共通仕様） 感光材料：デュポン社製 ＯＭＮＩＤＥＸ７０６ホログ
ラム記録フィルム（フォトポリマー） 記録波長シフト用フィルム：デュポン社製 ＯＭＮＩＤ
ＥＸ ＣＴＦフィルム ここで、記録波長シフト用フィルム（デュポン社製 Ｏ
ＭＮＩＤＥＸ ＣＴＦフィルム）は、ホログラム干渉縞
が記録されたフォトポリマーからなる感光材料に貼り付
けて加熱処理することにより、モノマー等を感光材料中
に拡散させてその中に記録されたホログラム干渉縞の間
隔を広げて再生波長を長波長側へシフトさせると共に、
回折波長特性を広げる作用を持ったフォトポリマーと同
様のフィルムである。
ラム記録フィルム（フォトポリマー） 記録波長シフト用フィルム：デュポン社製 ＯＭＮＩＤ
ＥＸ ＣＴＦフィルム ここで、記録波長シフト用フィルム（デュポン社製 Ｏ
ＭＮＩＤＥＸ ＣＴＦフィルム）は、ホログラム干渉縞
が記録されたフォトポリマーからなる感光材料に貼り付
けて加熱処理することにより、モノマー等を感光材料中
に拡散させてその中に記録されたホログラム干渉縞の間
隔を広げて再生波長を長波長側へシフトさせると共に、
回折波長特性を広げる作用を持ったフォトポリマーと同
様のフィルムである。
【００３６】上記のような設定で各反射型ホログラムを
記録後、波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて１００
ｍｊ／ｃｍ2 で全面露光処理した。そして、その後、上
記記録波長シフト用フィルムを赤色用反射型ホログラ
ム、緑色用反射型ホログラムに貼り付け、１２０℃で２
時眼加熱処理した。青色用反射型ホログラムに関して
は、上記記録波長シフト用フィルムを貼り付けて同様の
加熱処理をすると、目標波長よりもより長波長側へシフ
トしてしまうので、上記記録波長シフト用フィルムを青
色用反射型ホログラムに貼り付けた後、加熱前に上記紫
外線ランプを用いて５ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射し、
上記記録波長シフト用フィルム中のモノマーの一部を失
活させ、その後同様に１２０℃で２時眼加熱処理して目
標波長を得るようにした。
記録後、波長３６５ｎｍの紫外線ランプを用いて１００
ｍｊ／ｃｍ2 で全面露光処理した。そして、その後、上
記記録波長シフト用フィルムを赤色用反射型ホログラ
ム、緑色用反射型ホログラムに貼り付け、１２０℃で２
時眼加熱処理した。青色用反射型ホログラムに関して
は、上記記録波長シフト用フィルムを貼り付けて同様の
加熱処理をすると、目標波長よりもより長波長側へシフ
トしてしまうので、上記記録波長シフト用フィルムを青
色用反射型ホログラムに貼り付けた後、加熱前に上記紫
外線ランプを用いて５ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射し、
上記記録波長シフト用フィルム中のモノマーの一部を失
活させ、その後同様に１２０℃で２時眼加熱処理して目
標波長を得るようにした。
【００３７】以上の工程を経た後、得られた３枚の反射
型ホログラムを共通基板上に基板側から赤色用、緑色
用、青色用の反射型ホログラムの順に粘着剤を介してラ
ミネートすることにより、上記の目標再生中心波長近傍
に回折ピークを有する３層構成の色分離光学素子が得ら
れた。
型ホログラムを共通基板上に基板側から赤色用、緑色
用、青色用の反射型ホログラムの順に粘着剤を介してラ
ミネートすることにより、上記の目標再生中心波長近傍
に回折ピークを有する３層構成の色分離光学素子が得ら
れた。
【００３８】続いて、この色分離光学素子を光源からの
平行照明光に対して４５°の角度で配置し、回折光射出
側に色分離光学素子と平行にマイクロレンズアレーと液
晶表示パネルを近接して配置し、さらに、その液晶表示
パネルの反対側に投影レンズを用いることによって、高
効率、高輝度で、かつ、色再現性良好な投影像を得るこ
とができた。なお、ここで使用した液晶表示パネルは、
ＲＧＢ画素１組３００μｍピッチのものであり、マイク
ロレンズアレーの微小集光レンズの焦点距離は１０００
μｍ（屈折率ｎ＝１．５のガラス中）のものであった。
平行照明光に対して４５°の角度で配置し、回折光射出
側に色分離光学素子と平行にマイクロレンズアレーと液
晶表示パネルを近接して配置し、さらに、その液晶表示
パネルの反対側に投影レンズを用いることによって、高
効率、高輝度で、かつ、色再現性良好な投影像を得るこ
とができた。なお、ここで使用した液晶表示パネルは、
ＲＧＢ画素１組３００μｍピッチのものであり、マイク
ロレンズアレーの微小集光レンズの焦点距離は１０００
μｍ（屈折率ｎ＝１．５のガラス中）のものであった。
【００３９】以上、本発明の反射型ホログラムからなる
色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置を
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。
色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置を
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。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを
用いたカラー液晶表示装置によると、色分離光学素子
が、３枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体に
するか、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中
に３枚の反射型ホログラムを多重記録してなり、それら
３枚の反射型ホログラムは入射角が相互に同じで回折波
長が異なり、回折角が相互に異なるので、構成する３枚
の反射型ホログラムそれぞれの回折効率は独立に設定で
きるので、３つの波長域での回折効率を揃えて均一にす
ることができ、また、反射型ホログラムそれぞれは何ら
パターニングする必要がなく、また積層するときにも位
置合わせが必要ないので、製造が容易である。また、大
量生産により製造コストを低くすることができる。さら
には、基板上に３層のホログラムを形成することで、そ
の色分離光学素子を組み込んだカラー液晶表示装置等を
小型化することができる。
の反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを
用いたカラー液晶表示装置によると、色分離光学素子
が、３枚の反射型ホログラムを積層して１枚の積層体に
するか、あるいは、１枚の体積型ホログラム感光材料中
に３枚の反射型ホログラムを多重記録してなり、それら
３枚の反射型ホログラムは入射角が相互に同じで回折波
長が異なり、回折角が相互に異なるので、構成する３枚
の反射型ホログラムそれぞれの回折効率は独立に設定で
きるので、３つの波長域での回折効率を揃えて均一にす
ることができ、また、反射型ホログラムそれぞれは何ら
パターニングする必要がなく、また積層するときにも位
置合わせが必要ないので、製造が容易である。また、大
量生産により製造コストを低くすることができる。さら
には、基板上に３層のホログラムを形成することで、そ
の色分離光学素子を組み込んだカラー液晶表示装置等を
小型化することができる。
【図１】本発明の色分離光学素子を構成する各反射型ホ
ログラムの光学特性を説明するための図である。
ログラムの光学特性を説明するための図である。
【図２】本発明の１つの形態の色分離光学素子の断面図
である。
である。
【図３】本発明の色分離光学素子を構成する反射型ホロ
グラムを記録するための光学配置を示す図である。
グラムを記録するための光学配置を示す図である。
【図４】本発明によるカラー液晶表示装置の断面図であ
る。
る。
【図５】本発明によるカラー液晶プロジェクターの構成
を示す図である。
を示す図である。
θ…入射角 αR 、αG 、αB …回折角 １R 、１G 、１B …反射型ホログラム ２R 、２G 、２B …入射光 ３R 、３G 、３B …回折光 ４…色分離光学素子 ５…照明光 ６R 、７R …ホログラム記録光束 １０…体積型ホログラム感光材料 １１…液晶表示パネル １２、１３…透明ガラス板 １４…液晶層 １５…共通対向電極 １６…透明画素電極 １６R …Ｒ画素用画素電極 １６G …Ｇ画素用画素電極 １６B …Ｂ画素用画素電極 ２１…マイクロレンズアレー ２２…微小集光レンズ ２３…投影光学系 ２４…スクリーン ２５…光源 ２６…光学系
Claims (11)
- 【請求項１】 ３枚の反射型ホログラムを積層して１枚
の積層体にするか、あるいは、１枚の体積型ホログラム
感光材料中に３枚の反射型ホログラムを多重記録してな
るホログラムであって、それら３枚の反射型ホログラム
は入射角が相互に同じで回折波長が異なり、回折角が相
互に異なることを特徴とする反射型ホログラムからなる
色分離光学素子。 - 【請求項２】 各反射型ホログラムは平行光同志の干渉
縞からなることを特徴とする請求項１記載の反射型ホロ
グラムからなる色分離光学素子。 - 【請求項３】 前記３枚の反射型ホログラムの中の１枚
の反射型ホログラムの回折角をαとするとき、他の１枚
の反射型ホログラムの回折角は略α＋Δ、残りの１枚の
反射型ホログラムの回折角は略α−Δに設定されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の反射型ホログラ
ムからなる色分離光学素子。 - 【請求項４】 前記３枚の反射型ホログラムに共通の入
射角とそれぞれの反射型ホログラムの回折角とが正反射
の角度関係にないことを特徴とする請求項１から３の何
れか１項記載の反射型ホログラムからなる色分離光学素
子。 - 【請求項５】 前記３枚の反射型ホログラムの回折効率
のピーク波長がそれぞれ６００〜７００ｎｍ、５００〜
６００ｎｍ、４００〜５００ｎｍの波長域にあることを
特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の反射型ホ
ログラムからなる色分離光学素子。 - 【請求項６】 前記３枚の反射型ホログラムを共通基板
上に粘着剤を介してラミネートされていることを特徴と
する請求項１から５の何れか１項記載の反射型ホログラ
ムからなる色分離光学素子。 - 【請求項７】 前記３枚の反射型ホログラムが表面側か
ら、青色用、緑色用、赤色用の順にラミネートされてい
ることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の
反射型ホログラムからなる色分離光学素子。 - 【請求項８】 前記３枚の反射型ホログラム各々は、回
折効率のピーク波長より短い波長の光で記録され、記録
波長シフト用フィルムを用いて所望の回折効率ピーク波
長へ再生波長がシフトされたものであることを特徴とす
る請求項１から７の何れか１項記載の反射型ホログラム
からなる色分離光学素子。 - 【請求項９】 液晶層を備え、独立に変調状態が制御可
能な画素の２次元集合体からなる液晶表示パネルと、そ
の照明側に、前記液晶表示パネルの３つの隣接する画素
に対して１個の集光レンズが対応し、かつ、各集光レン
ズの焦点面が前記液晶表示パネルの液晶層に略一致する
ように配置されたマイクロレンズアレーと、前記マイク
ロレンズアレーの照明側に配置された３枚の反射型ホロ
グラムを積層して１枚の積層体にするか、あるいは、１
枚の体積型ホログラム感光材料中に３枚の反射型ホログ
ラムを多重記録してなるホログラムであって、それら３
枚の反射型ホログラムは入射角が相互に同じで回折波長
が異なり、回折角が相互に異なる反射型ホログラムから
なる色分離光学素子とからなり、前記色分離光学素子に
より異なる色に分離された３つの光束を前記マイクロレ
ンズアレーの各集光レンズにより対応する３つの画素の
別々の画素開口に集光させることを特徴とする反射型ホ
ログラムからなる色分離光学素子を用いたカラー液晶表
示装置。 - 【請求項１０】 表示カラー画像を投影光学系を用いて
反射型スクリーン上に拡大投影することを特徴とする請
求項９記載の反射型ホログラムからなる色分離光学素子
を用いたカラー液晶表示装置。 - 【請求項１１】 表示カラー画像を投影光学系を用いて
透過型スクリーン上に拡大投影することを特徴とする請
求項９記載の反射型ホログラムからなる色分離光学素子
を用いたカラー液晶表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5934198A JPH11258426A (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5934198A JPH11258426A (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258426A true JPH11258426A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13110525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5934198A Pending JPH11258426A (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 反射型ホログラムからなる色分離光学素子及びそれを用いたカラー液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11258426A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100346099B1 (ko) * | 1999-11-05 | 2002-07-24 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 반사형 액정표시장치 |
| JP2002229467A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Stanley Electric Co Ltd | 照明用光学系およびその製造方法 |
| WO2003038485A1 (fr) * | 2001-10-31 | 2003-05-08 | Sony Corporation | Element optique holographique stratifie de type transmission et dispositif d'affichage d'images comprenant ledit element optique |
-
1998
- 1998-03-11 JP JP5934198A patent/JPH11258426A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100346099B1 (ko) * | 1999-11-05 | 2002-07-24 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 반사형 액정표시장치 |
| JP2002229467A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Stanley Electric Co Ltd | 照明用光学系およびその製造方法 |
| WO2003038485A1 (fr) * | 2001-10-31 | 2003-05-08 | Sony Corporation | Element optique holographique stratifie de type transmission et dispositif d'affichage d'images comprenant ledit element optique |
| US7139109B2 (en) | 2001-10-31 | 2006-11-21 | Sony Corporation | Transmission type laminated hologram optical element and image display device comprising this optical element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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