KR19980018867A - 투사형 액정표시장치, 그것에 사용하는 홀로그램소자의 제작방법 및 이 방법으로 제작된 홀로그램소자 (projection liquid crystal display apparatus, process for producing holographic optical element for use in the display apparatus and holographic optical element produced by the method) - Google Patents

Abstract

투사형(投寫型) 액정표시장치는, 백색광원과 액정표시소자와의 사이에 색분리·결상(結像)수단으로서의 홀로그램소자(holographic optical element)가 배설되어 있다. 홀로그램소자는 입사(入射)한 백색광을, 액정표시소자의 화소배열에 적합한 각도로 적, 녹, 청의 3원색의 광으로 분리하고, 액정표시소자의 대응하는 각 화소에 입사시켜, 재생상(實像)을 액정표시소자상에 결상시킨다. 홀로그램소자는, 액정표시소자를 노광용(露光用) 마스크로서 사용하여 제작된다. 홀로그램소자는, 액정표시소자중 특정의 색의 화소를 투과상태로 하는 동시에 다른 색의 화소를 비투과상태로 하고, 이 상태의 액정표시소자로부터 특정의 색의 광을 투과시켜, 이것을 물체광으로 하고, 참조광과 함께 홀로그램용 기판에 대하여 조사(照射)함으로써 이 참조광과 물체광 사이의 간섭에 의하여 간섭무늬를 형성하고, 이어서 다른 색의 화소에 대해서도 동일하게 그 색에 대응하는 간섭무늬를 순차 형성함으로써 제작된다. 액정표시소자의 대신에, 액정표시소자와 동일 화소 및 색의 배열을 가지는 컬러필터를 홀로그램소자의 제조에 있어서 노광용 마스크로서 사용할 수도 있다. 이와 같이, 홀로그램소자가 다른 원색광이 투과하는 평면으로부터 최소한 하나의 원색광을 투과시키거나 또는 원색광이 액정표시소자로 투과하는 평면으로부터 보색광이 벗어나도록 간섭무늬를 형성할 수 있다.

Description

투사형 액정표시장치, 그것에 사용하는 홀로그램소자의 제작방법 및 이 방법으로 제작된 홀로그램소자

본 발명은, 색분리수단으로서 홀로그램소자를 사용한 투사형 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 홀로그램소자에 액정표시소자의 각 화소에 대하여 재생화상을 결상(結像)시키는 기능을 부여한 투사형 액정표시장치, 그것에 사용하는 홀로그램소자의 제작방법 및 이 방법으로 제작된 홀로그램소자에 관한 것이다.

액정표시디바이스에는, 액정표시소자 (액정라이트밸브, 액정표시패널)를 직접 보는 직시형(直視型) 표시장치와 함께 스크린에 투영(投影)하여 표시를 행하는 투사형의 표시장치 (액정프로젝터)가 있다. 이 투사형 액정표시장치의 동작에서는, 광원으로부터 방사(放射)되는 백색광을 컬러표시를 위한 원색(原色)으로 분광(分光)하여, 각각의 색광을 그 색에 대응하는 액정표시소자의 화소(액정셀)에 유도하고, 여기서 재생화상에 따라서 변조(變調)한 후, 스크린상에 투영확대시켜 컬러화상의 표시를 행하는 것이다. 이와 같은 투사형 액정표시장치는, 적 (Red＝R), 녹 (Green＝G), 청 (Blue＝B)의 3색의 색분리수단을 가진 액정표시소자를 1매 사용한 단판(單板)방식에 의한 것과, 모노크로액정패널을 적, 녹 및 청의 광로(光路)마다 3매 사용한 3판방식에 의한 것과로 대별된다.

이 중 단판방식의 투사형 표시장치에서는, 직시형 액정표시장치용으로 개발된 액정표시소자를 유용하는 경우가 많지만, 이 직시형 액정표시장치에 적용되는 액정표시소자는, 일반으로, 컬러표시를 실현하기 위한 컬러필터를 부착한 구성을 가지고 있다.

그러나, 이 컬러필터를 액정표시소자에 부착하여 구성한 종래의 액정표시장치에는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 컬러필터를 사용하는 경우, 적색을 표시하는 화소에 있어서는 적의 컬러필터가 배치되지만, 이 적의 컬러필터에서는 다른 색(녹, 청)의 광은 흡수 또는 반사된다. 이것은 녹 및 청의 컬러필터의 경우도 동일하다. 따라서, 컬러필터방식에서는 액정표시소자에의 입사광(入射光)의 3분의 1밖에 이용할 수 없고, 3판방식에서 동일 광원을 사용한 경우에 비하여 광이용효율이 낮고, 또 화면의 밝기도 동일하게 3분의 1로 저하한다고 하는 문제가 있었다. 밝게 하기 위해서는 광원의 출력을 올리면 되지만, 그렇게 하면 광흡수에 의한 온도상승을 초래하게 된다. 즉, 컬러필터를 사용한 방식의 액정표시소자에서는, 화면을 밝게 하는데는 한계가 있었다.

이와 같은 컬러필터가 가지는 결점을 해소하는 방법으로서, 컬러필터를 부착하지 않고, 다이크로익미러와 마이크로렌즈를 사용하여 컬러표시를 행하는 방법 (예를 들면 일본국 특개평 4(1992)-60538호 공보 참조)이 있다. 이 방법은, 백색광원으로부터 방사된 백색광을, 3원색마다 경사지게 배치된 다이크로익미러에 의하여 분리하고, 분리된 각 색의 광을 마이크로렌즈를 통하여 액정표시소자의 각 화소에 대하여 입사하는 것이다. 그러나, 이 방법에서는, 세트 (광학계)의 구조가 커지거나, 혼색 (노이즈)이 발생하고, 색순도가 저하되는 등의 문제가 있었다. 또, 고가의 마이크로렌즈가 필요하므로, 액정표시장치 전체로서도 고가로 된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 이와 같은 다이크로익미러 및 마이크로렌즈를 사용한 컬러액정표시장치에서는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 적, 녹, 청의 3원색의 색분리를 다이크로익미러에 의하여 행하면 3원색의 색분리는 동일 평면내에서 밖에 행할 수 없고, 따라서 액정표시소자의 화소배열은 수평 또는 수직 등 직선적 배열밖에 취할 수 없다. 이와 같은 직선적 화소배열의 액정표시소자를 사용하면, 세트 (광학계)의 구성이 제약된다. 또, 화소배열에 맞추어 마이크로렌즈의 형상도 직선형으로 할 필요가 있고, 마이크로렌즈가공이 곤란하다고 하는 문제가 있었다. 또한, 화소배열이 예를 들면 적, 녹, 청의 3원색의 화소가 3각형상을 이루도록 배열된, 이른바 델타 (트라이앵글) 배열의 액정표시소자를 사용하는 경우에는, 한 조(組)의 화소 (적, 녹, 청)를 하나의 마이크로렌즈에 대응시키도록 하면, 하나의 마이크로렌즈를 필요 이상으로 크게 할 필요가 있고, 그러므로 집광에 기여하지 않는 불필요한 부분이 생긴다고 하는 문제가 있었다.

또한, 이러한 타입의 투사형 액정표시장치의 문제점은, 백색광을 방사하는 광원을 사용할 때, 보색광(補色光)에 의하여 색순도가 바람직하지 않게 저하된다는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 색분리수단으로서 홀로그램소자를 사용함으로써, 광이용효율이 좋고, 또한 세트구조를 소형화할 수 있고, 또한 혼색에 의한 색순도의 저하를 방지할 수 있는 염가의 투사형 액정표시장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 투사형 액정표시장치를 용이하게 실현할 수 있는 홀로그램소자의 제작방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 액정표시소자의 화소배열에 적합한 색분리를 실현할 수 있는 동시에, 집광수단으로서의 마이크로렌즈를 화소배열에 대응한 집광효율이 양호한 형상으로 할 수 있고, 렌즈가공을 용이하게 할 수 있는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 색분해수단으로서 홀로그램소자를 사용함으로써 광이용효율이 향상되고, 광학계에의 사용의 제약이 적어지는 동시에, 또한 보색광에 의한 혼색의 우려가 없는 염가의 투사형 액정표시장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 일실시의 형태에 관한 투사형(投寫型) 액정표시장치 전체의 개략 구성을 나타낸 모식도.

도 2는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자(holographic optical element)의 기능을 설명하기 위한 구성도.

도 3은 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 액정표시소자의 화소배열의 일예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일실시의 형태에 관한 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 구성도.

도 5 (A)∼(C)는 도 4에서 설명하는 홀로그램소자의 제작과정에 있어서의 액정표시소자의 공정마다의 광투과상태를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시의 형태에 관한 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 구성도.

도 7은 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 광투과상태를 위에서 본 도면.

도 8은 도 1에 나타낸 표시장치에 있어서의 홀로그램소자의 광투과상태를 측면에서 본 도면.

도 9는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 액정표시소자의 화소배열 (델타배열)을 나타낸 정면도.

도 10 (A) 및 (B)는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 액정표시소자의 구체적 구성을 설명하기 위한 단면도.

도 11 (A)∼(C)는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 평면도.

도 12 (A)∼(C)는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 측면도.

도 13은 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 기능을 설명하기 위한 구성도.

도 14는 도 1에 나타낸 표시장치에 사용하는 액정표시소자의 구조를 설명하기 위한 구성도.

도 15 (A)∼(C)는 도 13에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 공정도.

도 16 (A) 및 (B)는 도 13에 나타낸 표시장치에 사용하는 홀로그램소자의 제작과정을 설명하기 위한 다른 공정도.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일양태에 있어서, 백색광을 방사하는 광원과, 컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자와, 이 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 간섭무늬를 가지는 홀로그램소자에 의하여 구성되고, 상기 광원으로부터 방사된 백색광을 상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합하도록 복수의 원색광으로 분리하여 그 재생상(再生像)을 상기 액정표시소자에 결상시키는 색분리·결상수단과, 상기 액정표시소자에 합성된 상을 투사하는 투사렌즈와, 상기 상이 상기 투사렌즈를 통하여 투사되어 큰 스케일로 표시되는 스크린과를 구비한 투사형 액정표시장치를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자를 포함하는 투사형 액정표시장치의 색분리·결상수단으로서 사용하는 홀로그램소자의 제작방법으로서, 상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합한 구성을 가지는 노광용(露光用) 마스크를 준비하고, 상기 노광용 마스크를 통하여 홀로그램소자용의 기판을 선택적으로 노광하여, 재생상의 배열을 상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합하게 하는 단계로 이루어지는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법을 제공한다.

상기 노광용 마스크는 투사형 액정표시장치용의 액정표시소자로 이루어진다.

이러한 액정표시소자를 노광용 마스크로서 사용할 때, 상기 방법은, 상기 액정표시소자중의 제1의 색의 화소를 투과상태로 설정하고, 상기 액정표시소자를 투과한 특정의 색의 광을 물체광으로 하고, 상기 물체광을 참조광과 함께 홀로그램소자용의 기판에 조사(照射)함으로써 간섭무늬를 형성하고, 이어서 제2의 색의 화소에 대해서도 동일하게 제2의 색에 대응하는 간섭무늬를 순차 형성한다.

또한, 상기 노광용 마스크는 투사형 액정표시장치용의 액정표시소자와 동일 화소의 배열을 가지는 컬러필터로 이루어진다.

이러한 컬러필터를 노광용 마스크로서 사용할 때, 상기 방법은, 상기 컬러필터를 투과한 각 색의 광을 참조광과 함께 상기 기판에 조사함으로써 각 색에 대응하는 간섭무늬를 각각 형성한다.

본 발명에 관한 투사형 액정표시장치의 동작에 있어서, 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 간섭무늬를 가지는 홀로그램소자에 의하여 광원으로부터 방사된 백색광을 원색광으로 분리시켜 그 재생상을 액정표시소자에 결상시킨다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 백색광을 방사하는 광원과, 동일 평면상의 서로 직교하는 제1의 방향 및 제2의 방향 각각에 따라서 배열된 복수 종류의 화소를 한 조로 하고, 이 조를 규칙적으로 배열하여 구성된 액정표시소자와, 복수 종류의 화소에 대응하는 복수의 간섭무늬가 형성되고, 상기 광원으로부터 방사된 백색광을 화소배열에 따라서 복수의 원색광으로 분리하고, 이들 분리한 원색광을 각각 상기 액정표시소자에 유도하기 위한 홀로그램소자와를 구비한 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법으로서, 상기 홀로그램소자용의 기판에 간섭무늬를 형성함에 있어서, 상기 기판에 대한 참조광을, 상기 액정표시소자에 있어서 상기 화소배열의 제1의 방향에 대응한 방향을 포함하는 평면 내에 있어서 상기 광원으로부터의 백색광의 입사광에 대응한 각도를 가진 방향으로 조사하는 동시에, 상기 액정표시소자의 한 조의 화소중 상기 제1의 방향으로 배열된 종류의 화소에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때의 물체광을, 상기 참조광과 동일한 평면 내에 있어서 참조광에 대하여 상기 제1의 방향의 화소배열에 따른 각도로 상기 기판에 조사하고, 상기 액정표시소자의 한 조의 화소중 상기 제2의 방향으로 배열된 다른 종류의 화소에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때의 물체광을, 상기 참조광에 대하여 상기 제2의 방향의 화소배열에 따른 각도로 상기 기판에 조사하는 단계로 이루어지는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법을 제공한다.

화소배열은 이른바 델타배열일 수 있고, 상기 한 조의 화소가, 상기 제1의 방향에 따라서 인접하여 배열된 제1의 원색용 화소 및 제2의 원색용 화소와, 이들 제1의 원색용 화소 및 제2의 원색용 화소와 함께 3각형상을 이루도록 배열된 제3의 원색용 화소로 이루어진다.

상기 액정표시소자는, 상기 한 조의 화소에 대응하여 집광수단으로서의 하나의 마이크로렌즈로 이루어진다.

또 다른 양태의 홀로그램소자의 제작방법에서는, 홀로그램소자의 기판을 구성하는 홀로그램용의 기판에 대하여, 제1의 방향 및 제2의 방향 각각에 따라서 배열된 복수의 화소에 대응하여 간섭무늬가 형성된다. 따라서, 이 방법에 의하여 제작된 홀로그램소자에 있어서는, 광원으로부터 방사된 백색광이 액정표시소자의 화소배열 (예를 들면 델타형)에 따라서 복수의 원색광으로 분리되고, 이들 분리된 원색광이 각각 액정표시소자의 각 화소에 유도된다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 백색광을 방사하는 광원과, 컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자와, 상기 백색광을 수신하고, 이 백색광을 상기 원색광에 대응하는 광으로 분리하여, 이 분리된 원색광을 상기 액정표시소자에 유도하는 동시에, 보색광에 대해서는 상기 액정표시소자로부터 벗어나는 영역으로 유도하는 홀로그램소자와, 상기 원색광으로부터 상기 액정표시소자에 합성된 상을 투사하는 투사렌즈와, 상기 투사렌즈를 투과한 상을 큰 스케일로 표시하는 스크린과를 구비한 투사형 액정표시장치를 제공한다.

상기 보색광은 시안색 및 황색의 광을 포함한다.

또 다른 양태에 따른 투사형 액정표시장치에서는, 광원으로부터 방사된 백색광은 색분해수단으로서의 홀로그램소자에 입사되고, 홀로그램소자는 입사한 백색광을 적, 녹 및 청의 3원색에 대해서는 서로 분리하여 액정표시소자측에 투과시키는 한편, 혼색의 원인으로 되는 3원색 이외의 보색성분 (특히, 시안색 (Cyan) 및 황색 (Yellw))에 대해서는 액정표시소자로부터 벗어나는 방향으로 투과시킨다. 액정표시소자에 유도된 원색광은, 여기서 재생화상에 따라서 변조되고, 이들 변조광이 스크린상에 투영되어 컬러표시가 행해진다.

다음에, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시의 형태에 관한 투사형 액정표시장치(10)의 개략 구성을 나타낸 것이다. 본 실시의 형태에 의한 투사형 액정표시장치(10)는, 백색광을 방사하는 백색광원(11), 이 백색광원(11)의 배면에 배치된 예를 들면 구면경(球面鏡)으로 이루어지는 반사경 (리플렉터)(12), 백색광원(11)의 전면에 배치된 집광렌즈(13), 집광렌즈(13)의 전면에 배치된 색분리·결상수단으로서의 홀로그램소자(14), 홀로그램소자(14)의 전면에 배치된 액정표시소자 (LCD；Liquid Crystal Display)(15), 액정표시소자(15)의 전면에 배치된 투영렌즈(16) 및 화상결상용의 스크린(17)에 의하여 구성되어 있다.

백색광원(11)은 적,녹,청의 3원색을 포함하는 백색광을 방사할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 메탈할라이드램프, 할로겐램프 및 크세논램프 등이 사용된다. 집광렌즈(13)는 백색광원(11)으로부터 방사된 백색광을 집광하고, 평행광으로서 홀로그램소자(14)에 유도하는 것이다.

홀로그램소자(14)는, 회절(回折)효율의 파장의존성이 없는 방식 (즉, 리프만(Lippmann)홀로그램과 같이 특정의 파장만을 회절하고, 다른 파장은 회절하지 않는 방식의 것이 아니고, 어떠한 파장도 회절하는 방식)의 투과형 홀로그램소자에 의하여 구성되어 있다. 이와 같은 방식의 홀로그램소자로서 예를 들면 릴리프방식, 위상(位相)방식, 진폭방식 등의 것이 있다. 홀로그램소자(14)를 구성하는 소자재료로서는, 예를 들면 포토폴리머 (듀폰사제의 Omnidex 352)가 사용되고, 후술과 같은 방법에 의하여 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 색배열에 따른 복수의 간섭무늬가 형성되어 있다. 본 실시의 형태에 의한 홀로그램소자(14)는, 도 2에 취출하여 나타낸 바와 같이, 집광렌즈(13)에 의하여 집광된 백색광을, 적, 녹, 청의 3원색 각각에 대하여 액정표시소자(15)의 화소배열에 적합한 각도로 분리하여 액정표시소자(15)측에 투과시키는 동시에, 그 투과광을 각각 액정표시소자(15)의 대응하는 각 화소에 입사하는 기능을 가지고 있다. 즉, 이 홀로그램소자(14)는, 입사한 백색광을 원색마다 분리하는 동시에 그 재생상(實像)을 액정표시소자(15)에 결상시키는 기능을 가지는 것이다.

액정표시소자(15)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 적, 녹, 청의 3색에 대응하는 화소 (액정셀)(15a,15b,15c)를 예를 들면 델타 (트라이앵글)형으로 규칙적으로 배열하여 구성한 것으로서 3개의 상이한 색의 인접화소가 도시한 바와 같이 트라이앵글을 형성한다. 이 액정표시소자(15)는, 구체적으로는, 2매의 유리기판의 사이에 액정층을 봉입(封入)한 것이며, 이 액정층을 구동하기 위한 매트릭스전극구조를 구성하는 3종류의 신호전극 (즉, 도 3에 나타낸 화소 15a∼15c)이 대향하는 유리기판의 내면에 배열된 구조를 가지고 있다. 화소(15a∼15c)를 구성하는 3종류의 신호전극은 각각 투명도전막으로 형성되어 있고, 각각 적, 녹, 청의 각 색의 구동신호가 입력되는 동시에 전술한 홀로그램소자(14)를 통하여 대응하는 색의 광이 입사되도록 되어 있다. 즉, 3종류의 신호전극 각각에 입사한 각 색의 광은, 각 신호전극에의 구동신호의 입력상태에 따라서 그 강도가 변조되도록 되어 있다.

투영렌즈(16)는 이 액정표시소자(15)에 의하여 변조되어 투과한 광을 합성하여 스크린(17)상에 확대하여 결상시키는 것이다.

다음에, 도 4 및 도 5 (A)∼(C)를 참조하여 본 실시의 형태에 관한 홀로그램소자(14)의 구체적 제작방법에 대하여 설명한다. 이 방법은, 전술한 컬러표시용의 3원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적 (본 실시의 형태에서는 델타형)으로 배열하여 구성된 액정표시소자(14)의 화소 및 색의 배열에 적합한 구성을 가지는 노광용 마스크를 준비하고, 이 마스크를 사용하여 홀로그램소자용의 기판을 선택적으로 노광함으로써, 재생상의 색배열이 액정표시소자(15)의 화소 및 색의 배열에 적합한 홀로그램소자(15)를 제작하는 것이다.

노광용 마스크로서는, 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같은 액정표시소자(15)자체가 사용된다. 이 방법은, 먼저, 도 5 (A)에 나타낸 바와 같이, 액정표시소자(15)중 특정의 색, 예를 들면 청색의 화소(15c)를 투과상태로 하는 동시에 다른 색의 화소(15a, 15b)를 비투과상태로 하고, 이 상태의 액정표시소자(15)로부터 청색의 광을 투과시키고, 이것을 물체광 Ob으로 하여 결상광학계(18)를 통하여 홀로그램용 기판(14a)에 조사한다. 기판(14a)에는 물체광 Ob과 함께 참조광 Ref을 입사하고, 이들 2광속(光束)의 조사에 의하여 제1의 간섭무늬를 형성한다. 이어서, 다른 색의 화소에 대해서도 동일하게 그 색에 대응하는 간섭무늬를 순차 형성한다. 즉, 도 5 (B)에 나타낸 바와 같이, 액정표시소자(15)중의 적색의 화소(15a)를 투과상태로 하는 동시에 다른 색의 화소(15b, 15c)를 비투과상태로 하고, 이 상태의 액정표시소자(15)로부터 적색의 광을 투과시키고, 이것을 물체광 Ob으로 하여, 참조광 Ref과 함께 홀로그램용 기판(14a)에 대하여 조사함으로써 제2의 간섭무늬를 형성한다. 그 후, 도 5 (C)에 나타낸 바와 같이, 액정표시소자(15)중의 녹색의 화소(15b)를 투과상태로 하는 동시에 다른 색의 화소(15a, 15c)를 비투과상태로 하고, 이 상태의 액정표시소자(15)로부터 녹색의 광을 투과시키고, 이것을 물체광 Ob으로 하여, 참조광 Ref과 함께 홀로그램용 기판(14a)에 대하여 조사함으로써 제3의 간섭무늬를 형성한다. 이상에 의하여 3원색 각각에 대한 간섭무늬를 가지는 홀로그램소자(15)가 형성된다. 그리고, 각 노출공정에 사용하는 참조광 Ref으로서는 액정표시소자(15)의 투과광과 동일한 것이라도 되고, 또 도 4에 나타낸 바와 같이 적, 녹, 청의 광을 포함하는 백색광을 사용해도 된다.

상기 실시의 형태에 있어서는, 노광용 마스크로서 액정표시소자(15) 자체를 사용하도록 하였지만, 마스크로서는 액정표시소자(15)와 동일 화소 및 색의 배열을 가지는 것이면 되고, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이 컬러필터를 사용하도록 해도 된다. 즉, 액정표시소자(15)와 동일 화소 및 색의 배열을 가지는 컬러필터(19)를 준비하고, 이 컬러필터(19)를 투과한 광을 물체광 Ob으로 하여 결상광학계(18)를 통하여 홀로그램용 기판(14a)에 조사한다. 기판(14a)에는 물체광 Ob과 함께참조광 Ref을 입사하고, 이들 2광속의 동시 조사에 의하여 각 색에 대응하는 간섭무늬를 각각 형성하는 것이다. 이 방법에 있어서도 참조광 Ref으로서는, 액정표시소자(15)를 사용하는 경우와 동일하게, 컬러필터(19)의 투과광과 동일해도 되고, 적, 녹, 청의 광을 포함하는 백색광을 사용해도 된다.

이와 같은 방법에 의하여 제작된 홀로그램소자(14)를 사용한 본 실시의 형태의 투사형 액정표시장치(10)에 있어서는, 백색광원(11)으로부터 방사되고, 또 반사경(12)에 의하여 반사된 백색광은 집광렌즈(13)에 의하여 집광되어 평행광으로 된 후에 홀로그램소자(14)에 입사된다. 홀로그램소자(14)에 입사한 백색광의 적, 녹, 청의 3원색 성분은 각각 액정표시소자(15)의 화소배열에 적합한 각도로 분리된 후, 액정표시소자(15)측에 투과하고, 액정표시소자(15)의 대응하는 각 화소(15a∼15c)에 입사된다. 액정표시소자(15)에 입사한 3원색의 광은 각 색마다 공간적 변조를 받은 후, 투영렌즈(16)에 유도된다. 투영렌즈(16)에 입사한 변조광은 여기서 합성되어 스크린(17)상에 확대되어 결상된다. 이상에 의하여 컬러화상의 표시가 행해진다.

본 실시의 형태에 의한 투사형 액정표시장치(10)에서는, 색분리·결상수단으로서, 컬러필터나, 다이크로익미러·마이크로렌즈를 사용하지 않고, 염가의 홀로그램소자(14)를 사용하도록 하였으므로, 컬러필터를 사용한 경우와 같이 입사광이 흡수, 반사에 의하여 차단되는 것과 같은 일이 없고, 입사광을 효율 좋게 이용할 수 있다. 또, 세트 (광학계)의 구성에 제약을 가하지 않고, 액정표시소자의 화소배열 (본 실시의 형태에서는 델타배열)에 적합한 색분리를 실현할 수 있고, 색재현성이 양호한 밝은 컬러화상표시를 행할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 홀로그램소자(14)에 의하여 액정표시소자(15)상에 재생상 (실상)을 효율 좋게 결상시킬 수 있으므로, 고가의 마이크로렌즈가 불필요하고, 염가의 투사형 액정표시장치(10)를 실현할 수 있다고 하는 효과도 있다.

또, 상기 홀로그램소자의 제작방법에 의하면, 액정표시소자(15)의 화소 및 색의 배열에 적합한 노광용 마스크 (액정표시소자(15) 자체 또는 컬러필터(19))를 사용하여 홀로그램소자(14)를 제작하도록 하였으므로, 재생상의 색배열이 액정표시소자(15)의 화소 및 색의 배열에 적합한 구성의 홀로그램소자(14)를 용이하게 실현할 수 있다. 또, 노광용 마스크를 통하여 투과한 투과광 (물체광 Ob)의 파장을 백색광원(11) (도 1)의 스펙트럼에 맞추면, 발광에너지를 효율 좋게 이용할 수 있다고 하는 효과도 있다.

이상 실시의 형태를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니고 여러가지로 변형가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에 있어서는, 액정표시소자(15)로서 델타 (트라이앵글)형의 화소배열의 것에 대하여 설명하였지만, 그 밖의 화소배열 (예를 들면 스트라이프형)의 것이라도 되고, 이들 화소 및 색의 배열에 따라서 홀로그램소자(14)의 간섭무늬를 형성하면 된다.

또, 상기 실시의 형태에 있어서는 홀로그램면을 경계로 하여 광원과 반대측으로 회절광이 나오는 투과형의 홀로그램소자를 적용한 예에 대하여 설명하였지만, 광원과 동일 측으로 회절광이 나오는 반사형의 홀로그램소자를 사용할 수도 있다. 그리고, 이 반사형의 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광은, 투과형의 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광과 공역(共役)의 방향으로부터 입사하도록 하면 된다.

또한, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(14)의 간섭무늬를 2광속간섭에 의하여 광학적으로 형성하도록 하였지만, 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 간섭무늬를 계산기에 의하여 구할 수도 있다. 이 계산기 홀로그램에서는 계산시에 상기 실시의 형태에서 설명한 조건을 추가함으로써 상기 실시의 형태와 동일한 홀로그램소자를 제작할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 투사형 액정표시장치에 의하면, 색분리·결상수단으로서, 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 따른 간섭무늬가 형성된 홀로그램소자를 사용하고, 이 홀로그램소자에 의하여 입사광을 원색마다 분리하고, 각 색광을 각각 액정표시소자의 대응하는 화소에 입사하도록 하였으므로, 입사광을 효율 좋게 이용할 수 있는 동시에 염가의 투사형 액정표시장치를 실현할 수 있다. 또, 세트 (광학계)의 구성에 제약을 가하지 않고, 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 색분리·결상을 행할 수 있고, 색재현성이 양호한 밝은 컬러의 화상표시를 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또, 본 발명에 의한 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법에 의하면, 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 대응한 구성을 가지는 노광용 마스크 (액정표시소자 자체 또는 컬러필터 등)를 사용하여 홀로그램소자를 제작하도록 하였으므로, 재생상 (실상)의 색배열이 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합하고, 색분리 및 결상기능을 가지는 홀로그램소자를 용이하게 제작할 수 있다. 또, 홀로그램제작시의 투과광 (물체광)의 파장을 세트의 광원의 스펙트럼에 맞추면, 발광에너지를 효율 좋게 이용할 수 있다고 하는 효과도 있다.

다음에, 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법에 대한 다른 실시의 형태를 설명한다. 투사형 액정표시장치 전체에 대한 구성은 도 1을 참조하여 전술한 장치와 실질적으로 동일하므로, 장치 전체에 대한 설명은 생략한다.

도 7은 홀로그램소자(14)를 위에서 보았을 때의 광투과상태를 나타내고 있다. 이 도면에 있어서, 지면(紙面)의 가로방향이 x-y-z 좌표계의 y방향, 또 세로방향이 x방향, 지면에 수직의 방향이 z방향으로 되어 있다. 이에 대하여, 도 8은 동일 홀로그램소자(14)를 측면에서 보았을 때의 광투과상태를 나타낸다. 이 도면에 있어서는, 지면의 가로방향이 y방향, 또 세로방향이 z방향, 지면에 수직의 방향이 x방향으로 된다. 본 실시의 형태에서는, 적 및 청의 원색광은, 홀로그램소자(14)를 측면에서 본 경우(도 8)에는 동일 평면 (본 실시의 형태에서는 홀로그램(14)의 화소면에 대하여 수직의 면 (x-y면)) 상을 각각 투과한다. 또, 홀로그램소자(14)를 위에서 본 경우(도 7)에는 액정표시소자(115)의 화소배열에 적합한 각도를 가지고 서로 상이한 방향으로 투과한다. 한편, 녹의 원색광은, 홀로그램소자(14)를 측면에서 본 경우(도 8)에는 적 및 청의 원색광의 투과면 (x-y 평면)에 대하여 직교하는 평면(x­z 평면)에 따라서 각도 θ만큼 상이한 방향으로 투과하고, 홀로그램소자(14)를 위에서 본 경우(도 7)에는 액정표시소자(115)의 화소배열에 적합한 각도를 가지고 적 및 청의 원색광과는 상이한 방향으로 투과하도록 되어 있다. 여기서, 녹의 원색광의 투과각도 θ는 후술(도 9)의 델타형을 이루는 액정표시소자(115)의 한 조의 화소(115a∼115c) 중 적색의 화소(115a) 및 청색의 화소(115c)에 대한 녹색의 화소(115b)의 위치관계에 따라서 결정된다.

액정표시소자(115)는, 도 9에 나타낸 바와 같이 적, 녹, 청의 3색에 대응하는 한 조의 화소 (액정셀)(115a∼115c)를 예를 들면 델타 (트라이앵글)형으로 배열하고, 이 조를 규칙적으로 배열한 것이다. 이 도면에서는, 지면의 가로방향이 x방향 (제1의 방향), 세로방향이 z방향 (제2의 방향), 지면에 수직의 방향이 y방향으로 된다. 본 실시의 형태에서는, 한 조의 화소(115a∼115c)중 적색의 화소(115a) 및 청색의 화소(115c)가 도면에 있어서 x방향 (제1의 방향)으로 병설되고, 다른 녹색의 화소(115b)가 z방향 (제2의 방향)에 따라서 배치된 상태로 되어 있다.

이 액정표시소자(115)는, 구체적으로는, 예를 들면 도 10 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 소자본체(120)와 이 소자본체(120)의 전면 즉 입사면에 부설된 집광수단으로서의 마이크로렌즈군(130)에 의하여 구성되어 있다. 그리고, 도 10 (A)는 도 9를 화살표 b로 나타낸 부분을 가로에서 본 상태, 이 도면 (B)는 도 9의 화살표 a로 나타낸 부분을 위에서 본 상태에 각각 대응하고 있다. 소자본체(120)는 2매의 유리기판(121,122)의 사이에 액정층(123)을 봉입한 것이고, 이 액정층(123)을 구동하기 위한 매트릭스전극구조를 구성하는 신호전극(124R,124G,124B)과 주사(走査)전극 (도시하지 않음)이 유리기판(121,122)의 내면에 배열된 구조를 가지고 있다. 마이크로렌즈군(130)은 복수의 마이크로렌즈(130a)로 이루어지고, 하나의 마이크로렌즈(130a)가 3화소(115a,115b,115c) (즉, 신호전극 124R,124G,124B)에 대향하여 배치된 상태로 되어 있다. 신호전극(124R,124G,124B) 및 주사전극은 각각 투명도전막으로 형성되어 있고, 신호전극(124R,124G,124B)에는 각각 적, 녹, 청의 각 색의 구동신호가 입력되도록 되어 있다. 또, 신호전극(124R)에는 도 10 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 홀로그램소자(14)를 투과한 적색광이 마이크로렌즈(130a)를 통하여 입사된다. 신호전극(124G)에는 동일하게 도 10 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 홀로그램소자(14)를 투과한 녹색광이 마이크로렌즈(130a)를 통하여 입사된다. 또한, 신호전극(124B)에는 동일하게 도 10 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 홀로그램소자(14)를 투과한 청색광이 마이크로렌즈(130a)를 통하여 입사된다. 즉, 신호전극(124R,124G,14B) 각각에 입사한 각 색의 광은, 재생화상에 따른 신호전극(124R,124G,124B)에의 구동신호의 입력상태에 따라서 그 강도가 변조되도록 되어 있다. 그리고, 여기서는 간단화를 위하여 액정표시소자의 구성요소인 편광판, 배향막 등은 생략하고 있다.

투영렌즈(16)는 이 액정표시소자(15)에 의하여 변조되어 투과한 광을 합성하여 스크린(17)상에 확대하여 결상시키는 것이다.

다음에, 도 9, 도 11 (A)∼(C) 및 도 12 (A)∼(C)를 참조하여 상기 홀로그램소자(14)의 구체적 제작방법에 대하여 설명한다. 여기서, 도 11 (A)∼(C)는 제작과정마다 홀로그램용 기판(114a)을 위에서 본 상태를 나타내고, 또 도 12 (A)∼(C)는 동일 제작과정에 있어서 홀로그램용 기판(114a)을 측면에서 본 상태를 각각 나타낸다.

본 실시의 형태에 있어서는, 먼저, 도 11 (A)에 나타낸 바와 같이 예를 들면 막 두께 10㎛의 홀로그램용 기판(114a)에 대하여 청색용의 레이저광, 즉 참조광 Br과 함께, 이 참조광 Br에 대하여 액정표시소자(115)의 청색의 화소(115c)의 배열에 적합한 각도 θ₁를 가지고 물체광 Bo을 조사하여, 이들 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 이 청색의 화소(115c)에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때에는, 제작을 위한 광학계 (도시하지 않음)를 참조광측 및 물체광측과 함께 동일 평면 (x-y 평면)상에 설치하고, 도 12 (A)의 측면에서 본 도면에 나타낸 바와 같이 물체광 Bo을 참조광 Br과 동일 평면 (x-y 평면) 내에서 조사한다.

이어서, 도 11 (B)에 나타낸 바와 같이 동일 홀로그램용 기판(114a)에 대하여 녹색용의 레이저광, 즉 참조광 Gr과 함께, 이 참조광 Gr에 대하여 액정표시소자(115)의 녹색의 화소(115b)의 배열에 적합한 각도 θ₂를 가지고 물체광 Go을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 이 녹색의 화소(115b)에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때에는, 제작을 위한 광학계 (도시하지 않음)중 물체광측의 광학계의 배치를, 상기 적색의 화소(115a)의 경우와 달리, x-y 평면에 대하여 직교하는 면 (z평면)상에 배치시킴으로써, 도 12 (B)의 측면에서 본 도면에 나타낸 바와 같이, 물체광 Go을 x-y 평면내의 방향으로부터 조사하는 참조광 Gr에 대하여 소정의 각도 θ를 이루는 방향으로부터 조사한다.

이어서, 도 11 (C)에 나타낸 바와 같이 동일 홀로그램용 기판(114a)에 대하여 적색용의 레이저광, 즉 참조광 Rr과 함께, 이 참조광 Rr에 대하여 액정표시소자(115)의 적색의 화소(115a)의 배열에 적합한 각도 θ₃를 가지고 물체광 Ro을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 이 적색의 화소(115a)에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때에는, 상기 청색의 화소(115c)의 경우와 동일하게, 제작을 위한 광학계 (도시하지 않음)를 참조광측 및 물체광측과 함께 동일 평면 (x-y 평면) 상에 설치하고, 도 12 (C)의 측면에서 본 도면에 나타낸 바와 같이, 물체광 Ro을 참조광 Rr과 동일 평면 (x-y 평면) 내에서 조사한다. 이상에 의하여 홀로그램용 기판(114a)에 대하여 델타배열의 화소 (청, 녹 및 적)에 대응한 간섭무늬가 각각 형성된다.

그리고, 참조광 Gr, Rr, Br 각각의 홀로그램용 기판(114a)에 대한 입사각도는, 백색광원(11)으로부터 방사된 백색광이 홀로그램용 기판(114a)에 입사하는 각도와 동일 각도로 설정하는 것으로 한다. 또, 이들 참조광 Gr, Rr, Br에 대한 물체광 Go, Ro, Bo의 입사각도 θ₁∼θ₃(도 11 (A)∼(C))는 각 색의 화소의 배열피치에 가하여, 마이크로렌즈(130a)(도 10 (A) 및 (B))의 초점거리도 가미하여 결정할 필요가 있다.

이와 같은 방법에 의하여 제조된 홀로그램소자(14)를 사용한 투사형 액정표시장치(10)에 있어서는, 백색광원(11)으로부터 방사되고, 반사경(12)에 의하여 반사된 백색광은 집광렌즈(13)에 의하여 집광되어 평행광으로 된 후에, 홀로그램소자(14)에 입사된다. 홀로그램소자(14)에 입사한 백색광의 적, 녹 및 청의 3원색은 도 7에 나타낸 바와 같이 각 색마다 상이한 각도로 분리된 상태로 투과하고, 또한 마이크로렌즈(130a)를 통하여 액정표시소자(115)의 각 색성분에 대응하는 화소(115a∼115c)에 각각 입사된다. 액정표시소자(115)에 입사한 3원색의 광은 각 색마다 액정표시소자(115)의 재생영상에서 공간적 변조를 받은 후, 투영렌즈(16)로 유도된다. 투영렌즈(16)에 입사한 변조광은 여기에서 합성되어 스크린(17)상에 결상된다. 이상에 의하여 컬러 화상의 표시가 행해진다.

이와 같이 본 실시의 형태에 관한 투사형 액정표시장치(10)에 있어서는, 홀로그램소자(14)를 측면에서 본 경우(도 8)에, 적 및 청의 원색광에 대해서는 동일 평면 (x-y 평면)내에서 서로 상이한 방향으로 투과하고, 녹의 원색광에 대해서는, x-y 평면에 대하여 각도 θ만큼 상이한 방향으로 투과하도록 구성되어 있으므로, 액정표시소자(115)의 델타배열의 화소(115a∼115c) 각각에 대하여 적, 녹 및 청의 원색광이 적절하게 입사된다. 따라서, 세트 (광학계)구성에 제약을 가하지 않고, 액정표시소자(115)의 화소배열에 적합한 색분리를 행할 수 있고, 색재현성이 양호한 밝은 화상표시를 행할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 액정표시소자(115)의 델타배열의 화소(115a∼115c)에 대응시켜 원색광을 분리할 수 있으므로, 집광수단으로서의 마이크로렌즈(130a)의 형상을 델타배열에 맞추어 도 9에 나타낸 바와 같은 6각형으로 할 수 있고, 원형상에 가까운 것이 가능하게 된다. 따라서, 마이크로렌즈의 가공작업이 용이하게 되는 동시에 집광에 기여하지 않는 불필요한 부분이 저감되고, 집광효율이 향상된다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 색분리수단으로서 홀로그램소자(14)를 사용하고 있으므로 염가의 투사형 액정표시장치를 실현할 수 있다.

또, 본 실시의 형태에 관한 홀로그램소자의 제작방법에 의하면, 상기 색분리기능을 가지는 홀로그램소자(15)를 용이하게 제작할 수 있다. 또, 홀로그램제작시의 물체광의 파장을 세트 (광학계)의 광원스펙트럼에 맞춤으로써 발광에너지를 효율 좋게 이용할 수 있다고 하는 효과도 있다.

이상 실시의 형태를 들어 도 7∼도 12 (C)를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것이 아니고 여러가지로 변형가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(14)의 제작과정에 있어서, 적, 녹, 청의 순번으로 다중(多重)노광하도록 하였지만, 그 배열순번은 제작과정에 있어서의 입사각도에 따라서 결정되므로, 그 순번은 임의이다. 또, 다중노광방식에 의한 것이 아니고 다색의 간섭무늬의 형성이 동시에 실행되는 일괄노광방식에 의하여 홀로그램소자(14)를 제작하도록 해도 된다.

또, 상기 실시의 형태에 있어서는 액정표시소자(115)로서 델타 (트라이앵글)형의 화소배열의 것에 대하여 설명하였지만, 그 밖의 화소배열 (예를 들면 모자이크형)의 액정표시소자(115)를 사용해도 되고, 이 경우에는 그 화소배열에 따라서 홀로그램소자(14)의 간섭무늬를 형성하면 된다.

또한, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램면을 경계로 하여 광원과 반대측으로 회절광이 나오는 투과형의 홀로그램소자를 적용한 예에 대하여 설명하였지만, 광원과 동일측으로 회절광이 나오는 반사형의 홀로그램소자를 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 참조광은 상기 투과형의 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광과 공역의 방향으로부터 입사하도록 하면 된다. 또, 상기 실시의 형태에서는, 홀로그램소자의 제작과정에 있어서 레이저광을 사용하여 간섭무늬를 형성하도록 하였지만, 참조광, 물체광으로서 레이저 이외의 광선을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(14)의 간섭무늬를 2광속 간섭에 의하여 광학적으로 형성하도록 하였지만, 원하는 홀로그램 간섭무늬를 계산기에 의하여 구할 수도 있다. 이 계산기 홀로그램에서는 계산시에 상기 실시의 형태에 있어서 조건을 추가함으로써 상기 실시의 형태와 동일한 홀로그램소자를 제작하면 된다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시의 형태를 설명한다. 투사형 액정표시장치 전체에 대한 구성은 도 1을 참조하여 전술한 장치와 실질적으로 동일하므로, 장치 전체에 대한 설명은 생략한다.

도 13에 있어서 본 실시의 형태에 사용된 홀로그램소자(214)는, 회절효율의 파장의존성이 없는 방식 (즉, 리프만홀로그램과 같이 특정의 파장만을 회절하고, 다른 파장은 회절하지 않는 방식의 것이 아니고, 어떠한 파장도 회절하는 방식)의 투과형 홀로그램소자에 의하여 구성되어 있다. 이와 같은 방식의 홀로그램소자로서 예를 들면 릴리프방식, 위상방식, 진폭방식 등의 것이 있다. 홀로그램소자(214)를 구성하는 소자재료로서는, 예를 들면 포토폴리머 (듀폰사제의 Omnidex 352)가 사용되고, 후술과 같은 방법에 의하여 적, 녹, 청의 3원색 및 보색의 각 색의 파장에 따른 복수의 간섭무늬가 형성되어 있다.

본 실시의 형태에 의한 홀로그램소자(214)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 집광렌즈(13)에 의하여 집광된 백색광을 적, 녹, 청의 3원색에 대해서는 액정표시소자(215)의 화소배열에 적합한 각도로 분리하여 액정표시소자(215)측에 투과시키는 한편, 혼색의 원인으로 되는 3원색 이외의 보색성분 (특히, 시안색 (Cy＝Cyan) 및 황색 (Y＝Yellow))에 대해서는 액정표시소자(215)로부터 벗어나는 방향으로 투과시키는 기능을 가지고 있다. 즉, 전술한 혼색의 문제는, 컬러표시에 본래 필요한 3원색의 파장근방의 파장에 의한 것이고, 청색 내지 녹색의 근방파장의 시안색 (470∼520nm) 및 녹색 내지 적색의 근방파장의 황색 (570∼600nm)을 고려하면 되므로, 본 실시의 형태에서는, 홀로그램소자(214)에 의하여 이들 파장의 보색광이 액정표시소자(215)에 조사되지 않도록 구성한 것이다.

액정표시소자(215)는, 적, 녹, 청의 3원색에 대응하는 화소 (액정셀)를 예를 들면 전술한 델타 (트라이앵글)형으로 규칙적으로 다수 배열한 것이고, 입사한 각 색광을 각각 재생화상에 따라서 공간적으로 변조하여 출력하는 것이다. 이 액정표시소자(215)는, 구체적으로는, 예를 들면 도 14에 확대하여 나타낸 바와 같이, 소자본체(220)와 이 소자본체(220)의 전면 즉 입사면에 부설된 결상수단으로서의 마이크로렌즈어레이(230)에 의하여 구성되어 있다. 소자본체(220)는 2매의 유리기판(221,222)의 사이에 액정층(223)을 봉입한 것이고, 이 액정층(223)을 듀티구동하기 위한 매트릭스전극구조를 구성하는 신호전극(224R,224G,224B)과 주사전극(225)이 유리기판(221,222)의 내면에 배열된 구조를 가지고 있다. 마이크로렌즈어레이(230)는 지면에 대하여 수직방향으로 뻗는 복수의 마이크로렌즈(230a)로 이루어지고, 하나의 마이크로렌즈(230a)가 3화소 (신호전극(224R,224G,224B))에 대향하여 배치된 상태로 되어 있다. 신호전극(224R,224G,224B) 및 주사전극(225)은 각각 투명도전막으로 형성되어 있고, 신호전극(224R,224G,224B)에는 각각 적, 녹, 청의 각 색의 구동신호가 입력되도록 되어 있다. 또, 신호전극(224R)에는 홀로그램소자(214)를 투과한 적색광이 마이크로렌즈(230a)를 통하여 입사된다. 신호전극(224G)에는 홀로그램소자(214)를 투과한 녹색광이 마이크로렌즈(230a)를 통하여 입사된다. 또한, 신호전극(224B)에는 홀로그램소자(214)를 투과한 청색광이 마이크로렌즈(230a)를 통하여 입사된다. 즉, 신호전극(224R,224G,224B) 각각에 입사한 각 색의 광은, 재생화상에 따른 신호전극(224R,224G,224B)에의 구동신호의 입력상태에 따라서 그 강도가 변조되도록 되어 있다. 그리고, 여기서는 간단화를 위하여 액정표시소자의 다른 구성요소인 편광판, 배향막 등은 생략되어 있다.

투영렌즈(16)는 이 액정표시소자(215)에 의하여 변조되어 투과한 광을 합성하여 스크린(17)상에 확대하여 결상시키는 것이다.

다음에, 도 15 (A)∼(C) 및 도 16 (A) 및 (B)를 참조하여 홀로그램소자(214)의 구체적인 제작방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 15 (A)에 나타낸 바와 같이 예를 들면 막두께 10μm의 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 녹색용의 레이저광, 즉 참조광 Gr과 함께, 이 참조광Gr에 대하여 액정표시소자(215)의 녹색화소의 배열에 적합한 각도 θ₂₁를 가지고 물체광 Go을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다.

계속하여, 도 15 (B)에 나타낸 바와 같이 동일 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 적색용의 레이저광, 즉 참조광 Rr과 함께, 이 참조광 Rr에 대하여 액정표시소자(215)의 적색화소의 배열에 적합한 각도 θ₂₂를 가지고 물체광 Ro을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다.

계속하여, 도 15 (C)에 나타낸 바와 같이 동일 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 청색용의 레이저광, 즉 참조광 Br과 함께, 이 참조광 Br에 대하여 액정표시소자(215)의 청색화소의 배열에 적합한 각도 θ₂₃를 가지고 물체광 Bo을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 이상에 의하여, 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 컬러표시를 위한 녹, 적 및 청의 3원색에 대한 간섭무늬가 형성된다.

그리고, 참조광 Gr, Rr, Br 각각의 홀로그램용 기판(214a)에 대한 입사각도는, 백색광원(11)으로부터 방사된 백색광이 홀로그램용 기판(214a)에 입사하는 각도 (본 실시의 형태에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 홀로그램면에 대하여 수직방향)와 동일 각도에 한정하는 것으로 한다. 또, 이들 참조광 Gr, Rr, Br에 대한 물체광 Go, Ro, Bo의 입사각도 θ₂₁∼θ₂₃는 각 색의 화소의 배열피치에 가하여, 마이크로렌즈(230a)의 초점거리도 가미하여 결정할 필요가 있다.

다음에, 본 실시의 형태에서는, 이들 3원색에 대한 간섭무늬가 형성된 홀로그램용 기판(214a)에 대하여, 또한 도 16 (A)에 나타낸 바와 같이 보색 (황색)의 레이저광, 즉 참조광 Yr과 함께, 이 참조광 Yr에 대하여 각도 θ₂₄를 가지고 물체광 Yo을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 계속하여, 도 16 (B)에 나타낸 바와 같이 동일 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 시안색용의 레이저광, 즉 참조광 Cyr과 함께, 이 참조광 Cyr에 대하여 각도 θ₂₅를 가지고 물체광 Cyo을 조사하여, 이들의 광에 의한 간섭무늬를 형성한다. 이상에 의하여 홀로그램용 기판(214a)에 대하여 보색 Y, Cy에 대한 간섭무늬가 형성된다. 그리고, 물체광 Yo, Cyo 각각의 참조광 Y, Cy에 대한 입사각도 θ₂₄, θ₂₅는, 홀로그램소자(214)를 투과한 황색 및 시안색의 보색광이 액정표시소자(215)로부터 벗어나는 정도의 각도로 설정하는 것으로 한다. 또, 보색 Y, Cy에 대응하는 간섭무늬를 형성하는 참조광 Yr, Cyr 각각의 홀로그램소자(214)에 대한 입사각도도, 앞의 3원색의 경우와 동일하게, 백색광원(11)으로부터 방사된 백색광이 홀로그램소자(214)에 입사하는 각도 (본 실시의 형태에서는 홀로그램면에 대하여 수직방향)와 동일 각도로 설정하는 것으로 한다. 그리고, 보색에 관한 간섭무늬의 형성에는 레이저로서 다발진(多發振)이 가능한 레이저, 예를 들면 색소레이저를 사용할 수 있다.

이와 같은 방법에 의하여 제조된 홀로그램소자(214)를 사용한 본 실시의 형태의 투사형 액정표시장치(10)의 동작에 있어서는, 백색광원(11)으로부터 방사되고, 또 반사경(12)에 의하여 반사된 백색광은 집광렌즈(13)에 의하여 집광되어 평행광으로 된 후에 홀로그램소자(214)에 입사된다. 홀로그램소자(214)에 입사한 백색광중 각 색의 성분은 홀로그램제작과정에서 사용한 파장마다 소정의 각도를 가지고 진행한다. 즉, 백색광중 녹, 적 및 청의 컬러표시에 필요한 3원색에 대해서는 각 색마다 상이한 각도로 분리한 상태로 홀로그램소자(214)를 투과하고, 마이크로렌즈(230a)를 통하여 액정표시소자(215)의 각 색성분에 대응하는 화소에 입사된다. 한편, 3원색 이외의 혼색의 원인으로 되는 보색성분 (시안색 및 황색)에 대해서는, 액정표시소자(215)로부터 벗어나는 방향으로 투과한다. 액정표시소자(215)에 입사한 3원색의 광은 각 색마다 액정표시소자(215)의 재생영상에서 공간적인 변조를 받은 후, 투영렌즈(16)에 유도된다. 투영렌즈(16)에 입사한 변조광은 여기서 합성되어 스크린(17)상에 결상된다. 이상에 의하여 컬러화상의 표시가 스크린(17)상에 행해진다.

이 투사형 액정표시장치(10)에서는, 색분리수단으로서 홀로그램소자(214)를 사용하는 것에 의한 장점, 즉 다른 색분리수단으로서의 컬러필터에 비하여, 입사광이 흡수, 반사에 의하여 차단되지 않으므로 입사광을 효율 좋게 이용할 수 있는 동시에 염가인 것에 가하여, 도 13∼도 16 (B)에 나타낸 바와 같이 혼색의 원인으로 되는 파장의 보색성분이 액정표시소자(215)로부터 벗어나고, 3원색만을 효율 좋게 액정표시소자(215)에 유도할 수 있다. 따라서, 색재현성이 양호한 밝은 화상표시를 행할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 상기 방법에 의하여 홀로그램소자를 형성함으로써, 세트 (광학계) 구성상, 특정의 파장을 제외하고 싶은 경우에도, 광학소자를 증가시키지 않고 용이하게 실현할 수 있다. 또, 홀로그램제작시의 물체광의 파장을 세트의 광원스펙트럼에 맞춤으로써 발광에너지를 효율 좋게 이용할 수 있다고 하는 효과도 있다.

이상 실시의 형태를 들어 도 13∼도 16 (B)를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니고 여러가지로 변형가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(214)의 제작과정에 있어서, 녹, 적, 청, 황, 시안의 순번으로 다중노광하도록 하였지만, 그 배열순번은 제작과정에 있어서의 입사각도에 따라서 결정되므로 순번은 임의이다. 또, 다중노광방식에 의한 것이 아니고 일괄노광방식에 의하여 홀로그램소자(214)를 제작하도록 해도 된다. 또한, 보색으로서는, 황색 및 시안색만이 아니고, 다른 마젠타색 등도 포함해도 된다.

또, 상기 실시의 형태에 있어서는 액정표시소자(215)로서 델타 (트라이앵글)형의 화소배열의 것에 대하여 설명하였지만, 그 밖의 화소배열 (예를 들면 스트라이프형)의 것이라도 되고, 이들 화소배열에 따라서 홀로그램소자(214)의 간섭무늬를 형성하면 된다.

또한, 도 13∼도 16 (B)에 따른 상기 실시의 형태에 있어서는, 백색광원(11), 집광렌즈(13) 등의 각 구성요소를 동일 축상에 배치함으로써 백색광원(11)으로부터 나온 백색광이 홀로그램소자(214)에 대하여 수직으로 입사되도록 구성하였지만, 백색광원(11), 집광렌즈(13) 등의 광학계의 배치를 변경하고, 백색광이 홀로그램소자에 대하여 경사지게 입사하도록 해도 되고, 또 홀로그램소자(214)를 액정표시소자(215)에 대하여 경사지게 배치하도록 구성해도 된다. 어떠한 경우도, 홀로그램의 간섭무늬를 형성하는 과정에 있어서, 백색광원(11)으로부터의 백색광의 입사각도에 따라서 참조광의 홀로그램면에 대한 입사각도를 변경하면 된다.

또한, 상기 실시의 형태에 있어서는 홀로그램면을 경계로 하여 광원과 반대측으로 회절광이 나오는 투과형의 홀로그램소자를 적용한 예에 대하여 설명하였지만, 광원과 동일 측으로 회절광이 나오는 반사형의 홀로그램소자를 사용할 수도 있다. 그리고, 이 반사형의 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광은, 투과형의 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광과 공역의 방향으로부터 입사하도록 하면 된다.

또, 도 13∼도 16 (B)에 따른 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(214)에 입사한 백색광중 보색성분에 대해서는, x­y 평면 (도 13의 지면상)내에서 원색광의 상 또는 하방향으로 유도함으로써 액정표시소자(215)로부터 벗어나도록 하였지만, z방향 (도 13에 있어서 지면에 수직의 방향)으로 유도함으로써 액정표시소자(215)로부터 벗어나도록 해도 된다. 또, 상기 실시의 형태에서는, 홀로그램소자의 제작과정에 있어서 레이저광을 사용하여 간섭무늬를 형성하도록 하였지만, 참조광, 물체광으로서 레이저 이외의 광선을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시의 형태에 있어서는, 홀로그램소자(214)의 간섭무늬를 2광속 간섭에 의하여 광학적으로 형성하도록 하였지만, 원하는 홀로그램 간섭무늬를 계산기에 의하여 구할 수도 있다. 이 계산기 홀로그램에서는 계산시에 상기 실시의 형태에 있어서의 조건을 추가함으로써 상기 실시의 형태와 동일한 홀로그램소자를 제작하면 된다.

도 13∼도 16 (B)에 나타낸 본 발명에 관한 투사형 액정표시장치에 의하면, 색분해수단으로서 홀로그램소자를 사용하는 동시에, 이 홀로그램소자에 의하여 백색광원으로부터 방사된 백색광중 원색광에 대해서는 서로 분리하여 액정표시소자에 유도하고, 또 혼색의 원인으로 되는 보색광에 대해서는 액정표시소자로부터 벗어나는 방향으로 유도하도록 하였으므로, 광이용효율이 향상되고, 세트 (광학계)에의 사용의 제약이 작아지는 동시에, 혼색의 우려가 없는 염가의 투사형 액정표시장치를 제공할 수 있다고 하는 효과도 있다.

Claims (11)

1. 백색광을 방사(放射)하는 광원과,

   컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자와,

   이 액정표시소자의 화소 및 색의 배열에 적합한 간섭무늬를 가지는 홀로그램소자(holographic optical element)에 의하여 구성되고, 상기 광원으로부터 방사된 백색광을 상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합하도록 복수의 원색광으로 분리하여 그 재생상(再生像)을 상기 액정표시소자에 결상(結像)시키는 색분리·결상수단과,

   상기 액정표시소자에 합성된 상을 투사하는 투사렌즈와,

   상기 상이 상기 투사렌즈를 통하여 투사되어 큰 스케일로 표시되는 스크린과

   를 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
2. 컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자를 포함하는 투사형 액정표시장치의 색분리·결상수단으로서 사용하는 홀로그램소자의 제작방법으로서,

   상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합한 구성을 가지는 노광용(露光用) 마스크를 사용하고,

   상기 노광용 마스크를 통하여 홀로그램소자용의 기판을 선택적으로 노광하여, 재생상의 배열이 상기 액정표시소자의 화소의 배열에 적합하게 하는

   단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 노광용 마스크는 투사형 액정표시장치용의 액정표시소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 액정표시소자중의 제1의 색의 화소를 투과상태로 설정하고, 상기 액정표시소자를 투과한 특정의 색의 광을 물체광으로 하고, 상기 물체광을 참조광과 함께 홀로그램소자용의 기판에 조사(照射)함으로써 간섭무늬를 형성하고, 이어서 제2의 색의 화소에 대해서도 동일하게 제2의 색에 대응하는 간섭무늬를 순차 형성하는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 노광용 마스크는 투사형 액정표시장치용의 액정표시소자와 동일 화소의 배열을 가지는 컬러필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 컬러필터를 투과한 각 색의 광을 참조광과 함께 상기 기판에 조사함으로써 각 색에 대응하는 간섭무늬를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
7. 백색광을 방사하는 광원과, 동일 평면상의 서로 직교하는 제1의 방향 및 제2의 방향 각각에 따라서 배열된 복수 종류의 화소를 한 조로 하고, 이 조를 규칙적으로 배열하여 구성된 액정표시소자와, 복수 종류의 화소에 대응하는 복수의 간섭무늬가 형성되고, 상기 광원으로부터 방사된 백색광을 화소배열에 따라서 복수의 원색광으로 분리하고, 이들 분리한 원색광을 각각 상기 액정표시소자에 유도하기 위한 홀로그램소자와를 구비한 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법으로서,

   상기 홀로그램소자용의 기판에 간섭무늬를 형성함에 있어서,

   상기 기판에 대한 참조광을, 상기 액정표시소자에 있어서 상기 화소배열의 제1의 방향에 대응한 방향을 포함하는 평면 내에 있어서 상기 광원으로부터의 백색광의 입사광에 대응한 각도를 가진 방향으로 조사하는 동시에,

   상기 액정표시소자의 한 조의 화소 중 상기 제1의 방향으로 배열된 종류의 화소에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때의 물체광을, 상기 참조광과 동일한 평면 내에 있어서 상기 참조광에 대하여 상기 제1의 방향의 화소배열에 따른 각도로 상기 기판에 조사하고,

   상기 액정표시소자의 한 조의 화소 중 상기 제2의 방향으로 배열된 다른 종류의 화소에 대응하는 간섭무늬를 형성할 때의 물체광을, 상기 참조광에 대하여 상기 제2의 방향의 화소배열에 따른 각도로 상기 기판에 조사하는

   단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 한 조의 화소가, 상기 제1의 방향에 따라서 인접하여 배열된 제1의 원색용 화소 및 제2의 원색용 화소와, 이들 제1의 원색용 화소 및 제2의 원색용 화소와 함께 삼각형상을 이루도록 배열된 제3의 원색용 화소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 액정표시소자는, 상기 한 조의 화소에 대응하여 집광수단으로서의 하나의 마이크로렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치용 홀로그램소자의 제작방법.
10. 백색광을 방사하는 광원과,

    컬러표시용의 원색에 대응하는 복수의 화소를 규칙적으로 배열하여 구성되는 액정표시소자와,

    상기 백색광을 수신하고, 이 백색광을 상기 원색광에 대응하는 광으로 분리하여, 이 분리된 원색광을 상기 액정표시소자에 유도하는 동시에, 보색광(補色光)에 대해서는 상기 액정표시소자로부터 벗어나는 영역으로 유도하는 홀로그램소자와,

    상기 원색광으로부터 상기 액정표시소자에 합성된 상을 투사하는 투사렌즈와,

    상기 투사렌즈를 투과한 상을 큰 스케일로 표시하는 스크린과

    를 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 보색광은 시안색 및 황색의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.