(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレー状の液晶セルから構成され背後から照明する液晶表示装置において、背後から入射する照明光の赤、緑、青の各波長成分を分けて対応する液晶セル位置に入射させるホログラム素子が赤を表示する液晶セル、緑を表示する液晶セル、青を表示する液晶セルの組からなる画素のピッチと同じピッチでアレー状に背後に配置されており、前記ホログラム素子が、背後から入射するほぼ平行な照明光の赤、緑、青の各波長成分を波長に応じて異なる回折角に回折分光して対応する液晶セル位置に入射させる単一のホログラムからなり、そのホログラム素子の背後に前記ホログラム素子に対応するピッチの凸レンズのアレーが配置され、さらにその背後に導波路が配置されており、前記導波路からの光で前記ホログラム素子を照明することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記導波路が光ファイバーからなり、その端部から出射される発散光を前記凸レンズで略平行光に変換してから前記ホログラム素子を照明することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記導波路が側面に微小開口を有するものからなり、その微小開口から出射される発散光を前記凸レンズで略平行光に変換してから前記ホログラム素子を照明することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置に係わり、特に、照明光を平行にしてその平行光を液晶表示パネル又は分光用のホログラムへ入射させることにより、照明光の利用効率を向上させた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願平５−１２１７０号及び同５−１２１７１号において、カラー液晶表示装置のカラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂ各セルにバックライトを効率よく分光して入射させて光の利用効率を向上させるために、ホログラムを用いる方法を提案した。その原理を簡単に説明すると、図６（ａ）の場合は、波長選択性がなく分光性のあるホログラム５に平行なバックライト３を入射させ、ホログラム５によって分光されたＲ、Ｇ、Ｂの光を液晶表示パネルのカラーフィルター１の１画素を構成するカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに入射させて、バックライトの利用効率を向上させるものであり、図６（ｂ）の場合は、リップマンホログラムのように特定の波長に対して回折波長選択性があるホログラム６、７を用い、ホログラム６によって回折された青色の光をカラーフィルターセルＢに、ホログラム７によって回折された赤色の光をカラーフィルターセルＲに、そして、ホログラム６、７により回折を受けない残りの補色成分（緑色）をカラーフィルターセルＧに入射させて、バックライトの利用効率を向上させるものである。
【０００３】
また、従来、投影装置に用いる液晶表示装置は、平行光によって照明してスクリーン上に拡大投影していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のホログラムを用いる照明装置では、現行の液晶フラットディスプレイのバックライトをそのまま用いると、期待した効果が得られない。これは、ホログラムは本来厳しい入射角度選択性を有しているにもかかわらず、液晶フラットディスプレイのバックライトはおよそ±５０°程度の散乱光であるため、高い回析効率が得られず、また、所定の色のカラーフィルターセルに本来の色の回析光が入射しなくなる等の現象が生じ、期待通りにバックライトの利用効率を上げることができないためである。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶表示装置のバックライト光源として導波路を用いて照明光を分光用のホログラムへ入射させることにより、照明光の利用効率を向上させることである。
【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液晶表示装置は、アレー状の液晶セルから構成され背後から照明する液晶表示装置において、背後から入射する照明光の赤、緑、青の各波長成分を分けて対応する液晶セル位置に入射させるホログラム素子が赤を表示する液晶セル、緑を表示する液晶セル、青を表示する液晶セルの組からなる画素のピッチと同じピッチでアレー状に背後に配置されており、前記ホログラム素子が、背後から入射するほぼ平行な照明光の赤、緑、青の各波長成分を波長に応じて異なる回折角に回折分光して対応する液晶セル位置に入射させる単一のホログラムからなり、そのホログラム素子の背後に前記ホログラム素子に対応するピッチの凸レンズのアレーが配置され、さらにその背後に導波路が配置されており、前記導波路からの光で前記ホログラム素子を照明することを特徴とするものである。
【０００７】
この場合、その導波路が光ファイバーからなり、その端部から出射される発散光を凸レンズで略平行光に変換してからホログラム素子を照明するようにすることができる。
【０００８】
また、その導波路が側面に微小開口を有するものからなり、その微小開口から出射される発散光を凸レンズで略平行光に変換してからホログラム素子を照明するようにすることができる。
【０００９】
【作用】
本発明においては、背後から入射する照明光の赤、緑、青の各波長成分を分けて対応する液晶セル位置に入射させるホログラム素子が赤を表示する液晶セル、緑を表示する液晶セル、青を表示する液晶セルの組からなる画素のピッチと同じピッチでアレー状に背後に配置されており、そのホログラム素子が、背後から入射するほぼ平行な照明光の赤、緑、青の各波長成分を波長に応じて異なる回折角に回折分光して対応する液晶セル位置に入射させる単一のホログラムからなり、そのホログラム素子の背後にそのホログラム素子に対応するピッチの凸レンズのアレーが配置され、さらにその背後に導波路が配置されており、その導波路からの光でホログラム素子を照明するので、単一のホログラムからなるホログラム素子の分光機能を十分に発揮させて入射光の各波長成分を無駄なく各液晶セルへ入射させることができ、バックライトの利用効率向上を確実にすることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照にして本発明の液晶表示装置の実施例について説明する。
【００１１】
図６のようなカラー液晶表示装置においては、ホログラム５〜７は、撮影時の条件通りにバックライト３を入射させて再生した場合に、その回析効率、回折角等の性能を十分発揮することができる。しかしながら、再生の条件が撮影時と異なってくると、その性能は急激に低下してしまう。このため、散乱光である従来型の照明光では、ホログラム５〜７の使用の効果は小さくなってしまう。
【００１２】
そのため、本発明では、均一な面発光の平行光が照射可能な照明装置を用い、例えば、撮影時に平行光を参照光として用いるホログラムの再生時の効率を高めることを行っている。なお、以下においては、カラー液晶表示装置のカラーフィルターの各セルにこのようなホログラムによりバックライトを効率よく分光して入射させる構成について説明するが、本発明はこれに限らず、投影装置に用いる液晶表示装置の照明装置としても用いることができる。
【００１３】
図１に本発明の１実施例の照明装置の構成を示す。この図において、カラー液晶表示装置のカラーフィルター１の３色のセルＲ、Ｇ、Ｂの組からなる各画素に位置合わせされて、図６（ａ）又は（ｂ）に示したような分光作用をする微小ホログラムがカラーフィルター１の画素ピッチと同じピッチでアレー状に並べられてなるホログラム２が、カラーフィルター１のバックライト３入射側に配置されている。カラーフィルター１とホログラム２の間にフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂと液晶セルが整列するように、図示しない液晶表示パネルが配置されている。本発明に基づいて、ホログラム２の入射側には、微小ホログラムアレーに対応するピッチの微小凸レンズアレー４が配置され、図２に部分拡大図を示すように、微小凸レンズアレー４を構成する各微小凸レンズ１４の焦点位置には、光ファイバー１５の一方の端部が取り付けられている。なお、各微小凸レンズ１４の焦点面の光ファイバー１５の端部以外の面は、遮光膜１６で覆い、外光が入射しないようになっている。各微小凸レンズ１４に対応する光ファイバー１５の他方の端は一体に束ねられ、メタルハライドランプ等からなる光源１７に対向して取り付けられている。
【００１４】
このような構成において、光源１７から出た照明光は、各光ファイバー１５の他方の端部に入射し、光ファイバー１５中をガイドされて一方の端部に導かれ、図２に示すように、光ファイバー１５の一方の端部を２次点光源にしてその端部から出た発散光は、微小凸レンズ１４のレンズ面で平行光３に変換され、ホログラム２の対応する微小ホログラムに入射し、ここで分光されたＲ、Ｇ、Ｂの光は液晶セルを通過してカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表示を行う。このように、本発明においては、ホログラム２が撮影時の条件通りに平行光で照射されるので、その回析効率及び分光特性が十分発揮され、照明光の高い利用効率が得られる。
【００１５】
具体的な実験結果を示す。
【００１６】
0003714460.tif 000002
以上のような構成において、バックライトの利用効率の向上度合いを、ホログラム２を用いて従来のように±５０°の発散光を照射させる照明装置と比較を行ったところ、下記のような結果が得られた。ただし、倍率は、それぞれホログラムを用いないで液晶表示パネルに直接照明光を照射した場合に対する利用効率の向上倍率である。
【００１７】
従来型照明装置          ×１．１５
図１の照明装置          ×２．３０
この結果から、液晶表示装置にホログラム２を設置した場合でも、従来型の照明装置をそのまま用いた場合は、その向上度合は少ないことが分かる。一方、本発明の方式をとった場合、照明光３の平行度合はおよそ±５°程度に抑えられるため、ホログラム２の性能を十分引き出していると言える。
【００１８】
次に、光ファイバーの代わりに導波路を用いる実施例について説明する。図３の断面図及び図４の要部斜視図に示すように、微小凸レンズアレー４の背後に開口マスク１８を配置し、その背後に反射板２１で裏打ちされた導波路２０を配置する。開口マスク１８は、微小凸レンズアレー４を構成する各微小凸レンズ１４の焦点位置に微小な開口１９を有し、それ以外は遮光性で導波路２０側が反射面になっている。そして、導波路２０の１側面が光源１７に対向して取り付けられており、光源１７からの照明光は導波路２０のこの対向する側面から導波路２０に入り、反射板２１と開口マスク１８の反射面との間で多重反射して導波路２０中をガイドされるが、その間開口マスク１８の開口１９から一部の光が漏れる。この開口１９が２次点光源になってそこから出た発散光は、微小凸レンズ１４のレンズ面で平行光３に変換され、ホログラム２の対応する微小ホログラムに入射し、ここで分光されたＲ、Ｇ、Ｂの光は液晶セルを通過してカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表示を行う。この場合も、ホログラム２は撮影時の条件通りに平行光で照射されるので、その回析効率及び分光特性が十分発揮され、照明光の高い利用効率が得られる。
【００１９】
なお、図３、図４はカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂが正方形、円等の等方的な形状の場合であるが、これがストライプフィルター等の細長いものの場合、開口はその長さに等しいスリット形状にする必要がある。その場合の要部斜視図を図５に示す。この場合は、微小凸レンズアレーの代わりに、ストライプフィルターの方向に母線を有し、その長さに等しい長さの微小円筒レンズからなる微小円筒レンズアレー４′を用い、開口マスク１８′は各微小円筒レンズの焦線位置にスリトット開口１９′を有するようにする。その他は図３、図４の場合と同様である。
【００２０】
以上、本発明の液晶表示装置をいくつかの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。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶表示装置によると、背後から入射する照明光の赤、緑、青の各波長成分を分けて対応する液晶セル位置に入射させるホログラム素子が赤を表示する液晶セル、緑を表示する液晶セル、青を表示する液晶セルの組からなる画素のピッチと同じピッチでアレー状に背後に配置されており、そのホログラム素子が、背後から入射するほぼ平行な照明光の赤、緑、青の各波長成分を波長に応じて異なる回折角に回折分光して対応する液晶セル位置に入射させる単一のホログラムからなり、そのホログラム素子の背後にそのホログラム素子に対応するピッチの凸レンズのアレーが配置され、さらにその背後に導波路が配置されており、その導波路からの光でホログラム素子を照明するので、単一のホログラムからなるホログラム素子の分光機能を十分に発揮させて入射光の各波長成分を無駄なく各液晶セルへ入射させることができ、バックライトの利用効率向上を確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の液晶表示装置の構成を示す図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】別の実施例の断面図である。
【図４】別の実施例の要部斜視図である。
【図５】図３の変形例の要部斜視図である。
【図６】本出願人の提案に係るホログラムを用いたカラー液晶表示装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルター
２…ホログラム
３…バックライト
４…微小凸レンズアレー
１４…各微小凸レンズ
１５…光ファイバー
１６…遮光膜
１７…光源
１８…開口マスク
１９…開口
２０…導波路
２１…反射板
４′…微小円筒レンズアレー
１８′…開口マスク
１９′…スリトット開口
【図１】
0003714460.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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