JPS62293223A - カラ−表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明はカラー表、１＜装置に関し、特にテレビ放送用
、画像通信用、医用、工業用そして劇場用等に好適なカ
ラー表示装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より自然光や複数の波長成分を有する光束から所定
の分光特性を有する光束を選択し１表示するようにした
カラー表示装置としてカラーフィルターと液晶ライトバ
ルブを組み合わせたものか良く知られている。第１図は
この種のカラー表示装置の一例の構成の一部分の概略図
である。図中１は複数の波長成分を、有する多色光源Ｓ
からの白色光束であり一１多色光＃Ｓからの光束１を空
間的に配置された１画素毎に通常、赤色（Ｒ）、緑色（
Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルターを有するカ
ラーフィルタ一部２に入射させ色分解を行っている。そ
して各カラーフィルター毎に設けた複数のライトバルブ
３−１より成るライトバルブ部３により独立に透過光強
度を制御することにより色再現及び階調出し等を行って
いる。

カラーフィルターとして代表的なものに染料、顔料等の
光吸収材を利用した吸収型のものが広く使用されている
。この他光の進行方向を変化させることにより色を選択
するカラーフィルターとして多重干渉膜や回折格子等を
用いたものが知られている。

液晶ライトバルブとしてはＴＮ（ツイスト・ネマチック
）型、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型、複屈折制御型、相転
移型そして熱光学効果型等か知られている。

これら従来のカラーフィルターとライトバルブを利用し
たカラー表示装置は第１図に示すように空間的に赤色、
緑色、青色の３つのカラーフィルターＲ，Ｇ、Ｂを配置
して１つの画素を形成している。この為、例えば赤フィ
ルタ一部（Ｒ）に入射する白色光（Ｗ）のうち緑色成分
と青色成分は吸収、反射あるいは回折等で除去されるの
で光利用効率は原理的に高々届程度である。

実際にはこれにライトバルブの透過率が掛けられ光利用
効率は更に低下してくる。

又カラーフィルターの分光特性は染料等の袖類、多層膜
の構成あるいは回折格子の位相変調量（格子の高さ等）
等で決定されるか、現実には理想的な分光特性よりかな
り外れる為、良好なる色再現性を得るのが困難であった
。

この他従来のカラー表示装置では１画素毎に異なる３つ
のカラーフィルターを１画素の局の大きさで作製しなけ
ればならず、作製工程、作製時間、歩留まり等の点で大
変困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は回折格子とライトバルブを利用することにより
光利用効率が高く、低消費電力で、かつ明るくしかも色
再現性の優れたカラー表示装置の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 回折格子と少なくとも該回折格子の回折方向に屈折力を
有する複数の集光素子より成る集光光学部材と複数のラ
イトバルブから成る画素を１次元若しくは２次元的に複
数個並へたライトバルブ部を前記回折格子と前記集光光
学部材の１つの集光素子を通過した０次回折光と他の次
数の回折光が該ライトバルブ部の少なくとも１つの画素
に相当する領域に入射するように配置し、前記各々の画
素に相当する複数のライトバルブの透過光強度を制御す
ることにより通過光の波長選択を行いカラー表示を行っ
たことである。

この導水発明の特徴は実施例において記載されている。

（実施例） 第２図（Ａ）は本発明の一実施例の斜視図、第２図（Ｂ
）は同図（Ａ）の動作を模式的に表わした平面図である
。図中１は複数の波長成分を有する白色光束、６は１次
元方向に回折する回折格子、５は回折格子６の回折方向
に屈折力を有する複数の集光素子５−１より成る集光光
学部材であり、本実施例ではレンチキュラ板より構成し
ている。尚集光光学部材５は回折格子６と一体化して構
成しているが独立に構成しても良い。３は複数のライト
バルブを２次元的に配置したライトバルブ部で横方向の
３つのライトバルブ３−１．３−２．３−３で１画素を
構成するようにしている。７は拡散板でありライトバル
ブ部３と一体的若しくは独立に構成されている。

本実施例では光源からの白色光束１がレンチキュラ板５
に略垂直に入射している。

本実施例では多色性光源からの白色光束１をレンチキュ
ラ板５で集光させ、回折格子６を介し０次、±１次・・
・の各回折光をライトバルブ部３に導光させている。特
に本実施例では回折格子６の格子ピッチ、位相変化量等
を特定することによりライトバルブ部３に導光する０次
光と±１次の回折光にエネルギーの大半が集中するよう
にして光利用効率の向上を図っている。

即ち多色性光源からの白色光束のうち比視感度の高い緑
色の波長領域を０次光に、それ以外の波長領域である青
色と赤色を±１次光に変換する構成をとっている。

ライトバルブ部３は第２図（Ｂ）に示すように０次回折
光と±１次の各回折光の緑色Ｇ、赤色Ｒ１青色Ｂ等のス
ペクトル光が分布する領域の１画素列の列方向の少なく
とも１画素に相当する３つのライトバルブ３−１．３−
２．３−３に入射するように配置されている。そしてス
ペクトル光として利用しない領域、例えば緑色成分の±
１次回折光や±２次以上の回折光が集中する領域には光
束を不透過とする為の遮光板を配置している。

これにより本実施例では各ライトバルブを通過する透過
光強度を制御することにより透過光の波長選択を行って
いる。

次に具体的な数値をもって説明する。

本実施例では回折格子６を格ｒ−ピッチ１．２μｍ、深
さ２．７μｍ、山と谷との比率が１：３の矩形状のレリ
ーフ型より構成し、その裏面をレンチキュラ面とし、そ
の一要素のピッチを６００μｍとしポリカーボネイトで
一体成形したものを用いている。

ライトバルブ３はＴＮ結晶を用い裏面を拡散面７として
いる。

レンチキュラ板５の尾根から谷に向かって緑、青、赤の
色光を得るようにライトバルブ部を配置している。そし
て３つのライトバルブより１画素を形成している。但し
０次回折光の緑色を坏に分けて使用している。そして３
つのライトバルブの間隙部には±２次以上の回折光を遮
光する為の遮光板を設けている。３−２．３−３の２つ
のライトバルブはピーク波長が４４０ｎｍ、６２０ｎｍ
でバンド幅が順に±４０ｎｍ、±３０ｎｍとなる位置に
開口部を設けている。

そして回折格子面６とライトバルブ部３との間隔が０．
５ｍｍのとき、レンチキュラ板の尾根の中心位置から見
て青色開口部は２００μｍ、赤色開口部は３００μｍの
位置を中心として各々のライトバルブが設置されている
。

波長４４０ｎｍ、５５０ｎｍ、６２０ｎｍでスペクトル
ど−クを有する演色性の蛍光灯を用いたとき０次回折光
と１次回折光への変換効率、即ち光源からライトバルブ
部までの光利用効率は９０％程度であり、液晶ライトバ
ルブの透過率が約３５％であり全系としての光利用効率
は役３０数％であった。これは従来のカラー表示装置の
光利用効率に比べ５〜６倍である。

第２図に示す実施例ではレンチキュラ板５の一要素５−
１を通過した光束を回折格子６で回折した後、２画素列
に対応する領域に入射させているが、同図で隣り合う赤
色部分を統一して赤、青。

緑、青を１画素としたり、例えば第３図（Ａ）に示す如
く回折格子６へ斜め方向から光束を入射させ一１次の回
折光を利用したり、若しくは同図（Ｂ）に示す如く回折
格子６の格子を非対称性形状で、所謂ブレーズ化するこ
とにより０次回折光及び＋１次若しくは一１次の回折光
のみを利用し、レンチキュラ板５の一要素５−１を１画
素列に対応した領域に入射させるようにしても良い。

例えば第３図（Ａ）に示す実施例では光束１のレンチキ
ュラ板５への入射角は３０度、回折格子６の形状は、格
子ピッチ０．６μｍ、深さ１．４μｍ、山と谷の比率１
：４の矩形状であり、レンチキュラ板５の一要素５−１
のピッチは６００μｍである。

回折格子６とライトバルブ部３との間隔を０．５ｍｍと
した場合、ライトバルブの開１１部の中心位置はレンチ
キュラ板５の一要素の尾根の中心部から片側に緑色用が
２９０μｍ、反対側に青色用が１２０μｍ、赤色用が３
００μｍの位置に設定されている。

ライトバルブの他の部分、例えば０次回折光と一１次回
折光が入射する領域以外は遮光板が設けられている。不
図示の拡散面７はライトバルブ部３から約０．５ｍｍ離
れた位置にあり、赤、緑。

青色の分離した光が再び重なり合い加法混色により任意
の色を出すカラー表示装置を達成している。

第６図は本発明の他の一実施例の概略図であり、本実施
例では第１図の実施例の拡散板７の代わりに投写用のレ
ンチキュラ板８とレンズ９をライトバルブ部３の出射側
に設は結像面にスクリーン１０を配置した投写型のカラ
ー表示装置に適用したものである。

本発明では以上の各実施例で用いたレンチキュラ板の代
わりに複数の微少レンズを２次元的に配置した所謂ハエ
の眼レンズやセルフォックレンズを用い、１つの微少レ
ンズを通過し、回折した所定次数の回折光を少なくとも
１つの画素に相当する領域に入射させるようにしても良
い。

尚本実施例で用いる多色性光源が点光源に近いときは、
例えば第５図に示すように光源５１からの光束をコリメ
ーターレンズ５２で平行光束として回折格子６に入射さ
せるのが好ましい。

本実施例では第２図の実施例に比べて回折格子６を光源
側に配置することにより回折格子からの反射光を外へ逃
がし迷光を少なくしている。又多色性光源としては特定
波長域に発光を集中させた高演色性の光源を用いるのが
光利用効率及び色再現性等の点で好ましい。

本実施例におけるライトバルブとしては光透過を制御す
ることが出来るものであればどのようなものであっても
良く、前述した液晶ライトバルブの他に電気光学結晶や
薄膜磁性ガーネット等を用いたもの、変形ミラーを利用
したもの、Ｅ′Ｃ゛（エレクトロクロミック）現象やＰ
Ｃ（フォトクロミック）現象等を利用したものであって
も良い。

０次回折光、即ち緑色領域は空間的にスペクトル分離し
ておらずカラー表示装置の光利用効率を高める意味で０
次回折用のライトバルブは開口部の面積をＯ次回折光が
全て通過できる程度に大きくしておくのが好ましい。こ
れに対して±１次回折光に対するライトバルブの配置位
置及び開口面積は必要とされる色再現範囲により決定さ
れる。

即ちライトバルブ面に集光された１次回折光は波長によ
り空間的に分離されており各色要素に対応するライトバ
ルブの開口部をどの波長領域に設定するかにより再現で
きる色範囲が決定される。

第４図はこのときの色再現の様子をＣＩＥ色度図上で示
した説明図である。同図において（ａ）で示す領域はス
ペクトル光のうち波長４５０ｎｍ。

６２０ｎｍに相当する位置にライトバルブの１つの開口
部の中心を選択した場合である。

開口部のスリット幅を拡げるに従って色再現範囲は同図
の矢印の光源位置Ｐに近づいてくる。又同図の（ｂ）で
示す領域は同様に開口部の中心を波長４４０ｎｍ、６５
０ｎｍに設定した場合であり実線で囲まれる範囲内で色
再現が可能となる。尚実際には多色性光源のスペクトル
分布に合わせた位置やスリット幅等も考慮して設定され
ている。

ライトバルブ部３から出射する光束はカラー表示装置の
形□態によらて種々と処理される。例えば直視型の場合
はライトバルブの直後に透過型の拡散板７を設ければ、
°これにより画像の観察が可能となる。尚このときライ
トバルブ部３の片面を拡散面としても良い。又投写型の
場合は投写レンズ若しくは投写ミラーとシュミットレン
ズ等から成る投写系によりスクリーン上に投影するよう
にしても良い。画像のアドレスはライトバルブの種類に
応じて電気アドレス、光アドレス等、任意に設定するこ
とが可能である。

尚以上の各実施例においてレンチキュラ板の光源側に集
光力を有した光学部材、例えばフレネルレンズプレート
を設置すれば光源からの光束の有効利用を図ることが出
来るので好ましい。″又本実施例では透過型のカラー表
示装置について示したか反射型としても同様′に使用可
能である。

（発明の効果） 本発明によれば従来のように３色のカラーフィルターを
用いずに、回折格子とライトバルブを利用することによ
り高い光利用効率でしかも所定の分光特性を有する色光
な得ることが出来、明るく色再現性に優れたカラー表示
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

、第１図は従来のカラー表示装置の概略図、第２図（八
）　、　（Ｂ）は各々本発明のカラー表示装置の一実施
例の斜視図と平面図、第３図（＾）　、　（Ｂ）は各々
本発明の他の実施例の説明図、第４図は本発明のカラー
表示装置における色再現範囲の説明図、第５図、第６図
は各々本発明の他の一実施例の説明図である。図中１は
白色光束、２はガラ−フィルター、３はライトバルブ部
、５はレンチキュラ板、６は回折格子、７は拡散板、８
は投写用のレンズ、９はレンズ、１０はスクリーンであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回折格子と少なくとも該回折格子の回折方向に屈
   折力を有する複数の集光素子より成る集光光学部材と複
   数のライトバルブから成る画素を１次元若しくは２次元
   的に複数個並べたライトバルブ部を前記回折格子と前記
   集光光学部材の１つの集光素子を通過した０次回折光と
   他の次数の回折光が該ライトバルブ部の少なくとも１つ
   の画素に相当する領域に入射するように配置し、前記各
   々の画素に相当する複数のライトバルブの透過光強度を
   制御することにより通過光の波長選択を行いカラー表示
   を行ったことを特徴とするカラー表示装置。