(57)【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としての透過型回折格子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略垂直に配置されており、かつ、前記ホログラムカラーフィルターが前記透過型回折格子に対して角度をなすよう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又は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３記載のホログラムカラーフィルターシステム。
【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】
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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▲２▼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▲１▼〜▲３▼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としての透過型回折格子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略垂直に配置されており、かつ、前記ホログラムカラーフィルターが前記透過型回折格子に対して角度をなすように配置されていることを特徴とするものである。
【００２６】
この場合、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。
【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、５４５ｎｍ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、６２０ｎｍ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、３Ｇ、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５４５ｎｍの光に対して分離角＋３°）で、Ｂ成分の波長４７０ｎｍ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４７０ｎｍ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３０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）
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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