(57)【要約】      （修正有）【課題】低消費電力でかつ優れた色再生が可能な液晶ディスプレイが実現可能である２層式ホログラフィックカラーフィルタと、それを使用した透過型液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００は、光源６０と液晶ディスプレイ２００との間に設けられ、光源側の基板から白色光を空間的に分割する第１ホログラム１１０と、該分離光に光源からの光の方向と同じ方向を有させ、かつ該液晶ディスプレイの輝度が向上するようにカラーフィルタ２１０のカラーセルに対応するスペクトラル帯域を有する光だけを受光するための第２ホログラム１２０を備える。ホログラム片１１１を有する前記第１ホログラムを通過する光は、波長に応じて異なる角度で回折する。該第２ホログラムは、前記第１ホログラムに空間的に分割された白色光の進行方向を、光源からの光の元の方向に復元する。【選択図】図４
2011085886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に隣接し、かつユニットピクセルの大きさを有する空間に白色光の波長を分布するための、複数の第１ホログラム片を含む第１ホログラムと、
前記第１ホログラムを支持するための前記第１ホログラムに隣接し、かつ回折空間を備える基板と、
各カラーセルに対応する波長だけが該カラーセルに入射するように前記第１ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元するための、液晶ディスプレイに隣接する第２ホログラムと、を備えることによって、色合成の問題を防ぐことを特徴とする２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項２】
前記第１ホログラムは、ユニットピクセルの大きさを有する、複数の透明な透過型ホログラム片を含むことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項３】
前記第１ホログラムを構成する前記第１ホログラム片は、赤色、緑色、青色波長の１つが基準光として使われ、該基準光より長い波長は、より大きな角度で回折し、該基準光より短い波長は、小さい角度で回折するように、ＣＧＨ設計スキームまたは体積ホログラム記録スキームによって製造されることを特徴とする請求項１または２に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項４】
該第２ホログラムは、前記第１ホログラムを通過した後、異なる角度で入射し、かつ基板に回折した赤色、緑色、青色の中央波長が光源からの光の方向と同一の方向に回折するように、製造されたことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項５】
該液晶ディスプレイに隣接する該第２ホログラムは、ユニットピクセルの大きさを有する、複数の、透過型で透明な第２ホログラム片のアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項６】
該第２ホログラム片は、該液晶ディスプレイのピクセルとは、同軸線上に位置することを特徴とする請求項５に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項７】
前記第１ホログラム片は、回折された波長が波長に対応する該第２ホログラム片に到達する回折角度に基づいて、該第２ホログラム片とは同軸外線上に位置することを特徴とする請求項２または５に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項８】
該第１、第２ホログラム片は、ユニットピクセルの整数倍に対応することを特徴とする請求項２または５に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項９】
該第１、第２ホログラム片はどちらも面レリーフホログラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項１０】
前記第１ホログラム片は、面レリーフホログラムを含み、該第２ホログラム片は、体積ホログラムを含むとこを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項１１】
前記第１ホログラム片は、体積ホログラムを含み、該第２ホログラム片は、面レリーフホログラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項１２】
該第１、第２ホログラム片はどちらも体積ホログラムを含むことを特徴とする請求項１に記載の２層式ホログラフィックカラーフィルタ。
【請求項１３】
カラーフィルタを備え、請求項１に記載の構造を有する２層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源とカラーフィルタとの間に介在されることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
第１ホログラム片は、カラーフィルタの配置形状と同じ配置形状で設けられ、前記第１ホログラム片は、前記第１ホログラム片の全波長に対する再構築画像がＲＧＢ色素層の大きさと同じ大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項１または１３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１５】
第１ホログラム片は、モザイク形状に設けられるカラーフィルタと同一の様態で、各ラインごとに、１つの色素層の幅だけシフトして設けられ、前記第１ホログラム片は、前記第１ホログラム片の全波長に対する再構築画像がＲＧＢ色素層の大きさと同一の大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項１または１３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１６】
第１ホログラム片は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタと同一の様態で、各ラインごとに、前記第１ホログラム片の全幅の半分だけシフトして設けられ、前記第１ホログラム片は、前記第１ホログラム片の全波長に対する再構築画像がＲＧＢ色素層の大きさと同一の大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項１または１３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１７】
カラーフィルタを備え、請求項１に記載の構造を有する２層式ホログラフィックカラーフィルタは、該液晶ディスプレイのカラーフィルタに隣接して形成されることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１８】
カラーフィルタを備えておらず、請求項１に記載の構造を有する２層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源と該液晶ディスプレイの液晶との間に介在されることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層式ホログラフィックカラーフィルタと、これを使用する透過型ＬＣＤに関し、特に、光学装置と光学装置を使用するＬＣＤに適応可能な構造とを採用し、ＲＧＢカラーフィルタによって吸収された光の量を最小限化でき、ＲＧＢカラーフィルタ間で波長を互いに重ね合わすことを防ぐことによって色再生を向上できるように、ＲＧＢカラーフィルタに適切な波長帯域を有する光のみをＬＣＤのＲＧＢカラーフィルタに入射させることによって、光効率を向上できる、２層式ホログラフィックカラーフィルタと、これを使用する透過型ＬＣＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、バックライトから供給される光の９０％が偏光板およびカラーフィルタによって吸収されるので、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の光効率は非常に低い。特に、染料や色素を使って製造されたＲＧＢカラーフィルタは、ＲＧＢカラーフィルタに対応する白色光の波長を有する光だけを選択的に透過するので、最大効率は、せいぜい３３％である。さらに、ＲＧＢカラーフィルタは適切にフィルタ機能を実施しないので、帯域が広がってしまう。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１、２で提案されている方法は、レンズ機能を実行するユニットピクセルの大きさのホログラムアレイを準備し、空間的にＲＧＢ帯域を有する波長を色分散によって分割し、そして、該波長に対応するサブピクセルに波長を入射させる方法である。さらに、特許文献３で提案されている方法は、２つのホログラムと該ホログラムの間に配置したレンズのアレイとを準備し、各カラーセルに対応する各波長を有する光をピクセルの大きさを有するレンズによって集光し、もし白色光が一方のホログラムによって分散されたら、他方のホログラムによって光路を元の状態に修正する方法である。
【０００４】
特許文献４で提案されている方法は、１つのホログラムの回折格子を使って色を分散し、３層レンズを担うホログラムを行使し、ＲＧＢ波長に対応して、ＲＧＢ波長の光を集光し、その結果、該光を各カラーセルに入射させる方法である。
【０００５】
図１に示すように、特許文献１に開示された方法によれば、バックライト３からの白色光がフレネルゾーンプレート（ピクセル１つ分の大きさを有し、レンズとして機能するホログラム５）を通過した後、ＲＧＢ波長を有する光は、液晶１０のカラーフィルタ１の各ＲＧＢカラーセル１’に選択的に入射する。この場合、フレネルゾーンプレートが使用されるので、円焦点がカラーフィルタ１の各カラーセル１’の周囲に形成される。従って、液晶１０は、偏光を完璧に回転させることができない。そして、分割されたＲＧＢ波長が異なった方向に向かう色分散のために、色合成の際に問題が起こる場合がある。
【０００６】
特許文献２には、カラーフィルタに対して光線が垂直方向ではなく斜めに入射することを除いて、特許文献１と同じ構造のものが開示される。詳細には、特許文献２によれば、レンズを担うマイクロホログラムのアレイが使用され、焦点は、液晶の周りに形成される。その結果、偏光が完璧に回転することができず、色分割後の色分散のために、色合成の際に問題が依然発生する。
【０００７】
図２に示すように、特許文献３に開示された方法によると、光源１４からの白色光が波長に従って１つの典型的な回折格子１６によって分割された後、ＲＧＢ波長は、ピクセルの大きさを有するマイクロレンズ１８を通過することによって、ピクセルの大きさに対応して分割され、そして、各波長は、もう一方の回折格子を通過することによって、回折格子１６以前の元の方向に復元された後、ＬＣＤ２０に入射する。しかし、この方法が透過型ＬＣＤプロジェクタに適切な方法であるので、回折格子１６と２２との間にはかなりの距離が必要である。従って、回折格子１６と２２との間に介在されたマイクロレンズ１８を製造するのは困難であり、該３つの装置を並べるのは難しい。
【０００８】
図３に示すように、特許文献４に開示された方法によると、バックライトからの白色光Ｆ１が第１ホログラム１６を通過する一方、白色光Ｆ１の波長の進行方向は、光回折のために変化する。その後、レンズを担う第２ホログラム１４に到着する波長のうち、赤色、緑色、青色波長は、赤色、緑色、青色ホログラム１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂによってそれぞれの目標位置にフォーカスされる。この方法によれば、赤色、緑色、青色波長が同じ方向にフォーカスされるので、色分散により発生する色合成に関する問題は解決される。しかし、この方法では、レンズを担いかつ３層を有する第２ホログラム１４は、ピクセルの単位では実現できない。さらに、ホログラムとして、層が増え、また、光吸収も増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許番号５５０６７０１
【特許文献２】米国特許番号６４７３１４４Ｂ１
【特許文献３】米国特許番号７０４６４０７Ｂ２
【特許文献４】米国特許番号５８９４３５９
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明で提案する方法は、全波長を含む白色光の入射に代わって、赤色、緑色、青色波長だけを透過型液晶ディスプレイのカラーフィルタの各赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーセルに独占的に入射させることによって、カラーフィルタで２／３の光量が吸収されてしまう問題を解決し、光効率を向上させる方法を提案する。このために、ホログラムの対を含む２層式ホログラフィックカラーフィルタおよび２層式ホログラフィックカラーフィルタを使って液晶ディスプレイを構築する方法を提供する。
【００１１】
本発明の目的を達成するために、本発明の１つの観点によると、隣接し、かつユニットピクセルの大きさを有する空間に白色光の波長を分布する第１ホログラムと、該第１ホログラムを支持し、回折空間を提供する基板と、各カラーセルに対応する波長だけが該カラーセルに入射するように前記第１ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元するための第２ホログラムと、を備えることによって、色合成の際の問題を防ぐことを特徴とする２層式ホログラフィックカラーフィルタが設けられる。
【００１２】
本発明の他の観点によると、カラーフィルタを備える液晶ディスプレイにおいて、２層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源とカラーフィルタとの間に介在される。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、カラーフィルタを備えない液晶ディスプレイにおいて、２層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源と該液晶ディスプレイの液晶との間に介在される。
【００１４】
上記のように、本発明によると、低消費電力でかつ優れた色再生が可能な液晶ディスプレイが実現可能である。なぜならカラーフィルタに吸収された光を、波長の重なり合いを発生させずに、完全に使用可能だからである。さらに、本発明によれば、光学装置は、実際に実現可能なものであり、かつ従来の色分離型カラーフィルタで発生する問題を修正することによって、光学問題を解決できる光学装置を備える。本発明は、２層式ホログラフィックカラーフィルタおよびこれを使用する透過型ＬＣＤを備える。本発明は、光源の種類および特性に対して適切に設計および製造可能であるので、全ての液晶ディスプレイにおいて明度を向上させることができる。よって、消費電力を削減できる。また、カラーフィルタを代替する際、赤色、緑色、青色カラーフィルタを製造する３つの処理工程を、第１、第２ホログラムを製造する２つの処理工程で取り換えるので、工程数が削減され、装置を単純化できる。
【００１５】
この発明の上述およびその他の目的、特徴、利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術を説明するために、特許文献１の参照図を示す図である。
【図２】従来技術を説明するために、特許文献２の参照図を示す図である。
【図３】従来技術を説明するために、特許文献３の参照図を示す図である。
【図４】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタを使用する透過型液晶ディスプレイを示す図である。
【図５Ａ】本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、多重層を有する面レリーフホログラムをＣＧＨスキームを通して製造する方法を示す図である。
【図５Ｂ】本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、多重層を有する面レリーフホログラムをＣＧＨスキームを通して製造する方法を示す図である。
【図６】本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、記録材の上に体積ホログラムを直接記録する方法を示す。
【図７】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタにおいて、波長が第１ホログラム片によって基板を通過した後、第２ホログラムの表面上の各波長の再構築画像の位置を示す図である。
【図８】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタにおいて、第１ホログラムによって分散される波長の進行方向を修正する第２ホログラムの動作特性を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。
【図１０Ａ】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタの第１ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第１ホログラムの再構築画像は、ストライプ形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型ＬＣＤに適合する。
【図１０Ｂ】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタの第１ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第１ホログラムの再構築画像は、モザイク形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型ＬＣＤに適合する。
【図１０Ｃ】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタの第１ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第１ホログラムの再構築画像は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型ＬＣＤに適合する。
【図１１】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタを使用し、かつカラーフィルタを含む液晶ディスプレイを示す図である。
【図１２】本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタを使用し、かつカラーフィルタを含まない液晶ディスプレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態によれば、波長は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のＲ、Ｇ、Ｂカラーセル間の間隔に対応して互いに分割される。ホログラフィックカラーフィルタをバックライトユニットと該ＬＣＤ間に介在させる。ここで、該ホログラフィックカラーフィルタが２つのホログラムを含むので、異なる光路を有する波長が修正される。その結果、該波長は、同じ方向へ進行する。
【００１９】
図４に示すように、実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００が光源６０とＬＣＤ２００との間に介在する。該ホログラフィックカラーフィルタ１００は、光源６０の側に設けられる第１ホログラム１１０と、ＬＣＤ２００の側に設けられた第２ホログラム１２０と、第１、第２ホログラム１１０、１２０の間のガラスまたはプラスチックを含む基板１３０とを備える。
【００２０】
ＬＣＤ２００が連結したカラーフィルタ２１０は、赤色、緑色、青色カラーセル２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを含むユニットピクセルを有す。赤色カラーセル２１０Ｒは、入射光のうち赤色波長のみを透過させる。緑色カラーセル２１０Ｇは、入射光のうち緑色波長のみを透過させ、青色カラーセル２１０Ｂは、入射光のうち青色波長のみを透過させる。その後、入射光がＬＣＤ２００を通過した後、色合成を通して色が実現される。
【００２１】
前記第１ホログラム１１０は、複数の、透明な透過型第１ホログラム片１１１（その大きさはユニットピクセルの大きさである）を含む。前記第１ホログラム片１１１は、第２ホログラム１２０の表面上のユニットピクセルの大きさと正確に一致するように設計された、計算機合成ホログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｈｏｌｏｇｒａｍ：  ＣＧＨ）スキームを通して形成された多重層を有する面レリーフホログラム、または基板１３０の材料および厚さに従ってホログラフィック記録材の上に直接記録された体積ホログラムを含む。
【００２２】
前記第１ホログラム１１０は、光源６０の側に位置するが、直線型画像を再生するために設計された前記第１ホログラム片１１１を含む。なお、ＣＧＨスキームを設計し、または体積ホログラムを記録するために使用される緑色光を記録光として使用する場合、該画像は、第２ホログラム１２０の緑色カラーセル２１０Ｂの横側の長手方向に、緑色カラーセル２１０Ｇの長さよりも短い長さを有することになる。
【００２３】
緑色記録光と比較した場合、より長い波長を有する赤色光は、赤色サブピクセル２１０Ｒ上により長い画像が形成されるようにより大きな角度で回折する。より小さい波長を有する青色光は、青色カラーセル２１０Ｂ上により短い画像が形成されるようにより小さい角度で回折する。従って、ＲＧＢ波長を有しかつ前記第１ホログラム１１０を通過した白色光は、各ＲＧＢカラーセルに対応する波長だけが第２ホログラム１２０の表面に入射するように光回折によって色分離を施される。
【００２４】
第２ホログラム１２０は、複数の、透明な透過型第２ホログラム片１２１を含み、該片１２１は、ユニットピクセルの大きさを有し、前記第１ホログラム１１０によって色分離を施された後、異なった方向に進行するＲＧＢ波長の方向を修正するためのものである。従って、光は、２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００を通過した後、光源６０の元の光と同じ方向で、ＬＣＤ２００に入射する。従って、２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００が透過型ＬＣＤに挿入されたときに発生した色分散および色合成に関連する問題が解決できる。前記第１ホログラム片１１１と同様、第２ホログラム片１２１は、ＣＧＨスキームに基づく多重層を有する面レリーフホログラムまたはホログラフィック記録材に直接記録される体積ホログラムを含む。
【００２５】
第２ホログラム片１２１は、Ｒ、Ｇ、Ｂ光（その進行方向は、第２ホログラム片１２１を通って修正された）がカラーセル２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂにそれぞれ入射できるように、カラーフィルタ２１０に対して、同軸線上に配置される必要がある。前記第１ホログラム片１１１は、回折された波長が対応する第２ホログラム片１２１に到達するように、ＲＧＢ波長の回折角度に基づいて、第２ホログラム片１２１に対して、同軸外線上に配置される。第１、第２ホログラム片１１１、１２１の数は、設計および製造スキームに従って、ユニットピクセルの数の整数倍に対応する数であってよい。
【００２６】
図５Ａ、図６に示すように、本発明に従う第１ホログラム片１１１は、ＣＧＨスキームに基づいて多重層を有する面レリーフホログラムまたはホログラフィック記録材に直接記録された体積ホログラムを使って製造される。
【００２７】
以下、ＣＧＨスキームに基づいて多重層を有する面レリーフホログラムを製造する方法を図５Ａを参照して詳細に説明する。
【００２８】
ＲＧＢ中央波長（λＲ、λＧ、λＢ）が光源６０からの全可視光線の波長（λ）に対して回折角度（それぞれλＲ、λＧ、λＢの回折角度θｒ、θｇ、θｂを含むθ）を数式１（回折式）に従って有すると、最小ホログラムパターンの大きさｄおよび目標画像８０の中央部からの再構築画像８１の位置は、光が厚さＤを有する基板１３０を通過した後、θｒとθｂとの距離がカラーセル２１０Ｒ、２１０Ｂの中央位置間の距離となるように、決定される。
【００２９】
再構築画像８１を含む目標画像８０の大きさは、単一ピクセルの大きさにセットされ、「ｍ」は、多重層において「１」の値を有する回折次数を示す。図５Ｂに示すように、ホログラムパターン９１は、ＣＧＨスキームを通して形成されるが、その際は、目標画像８０の大きさ、パターンの大きさ、再構築画像８１の位置を考慮に入れる。その後、多重層を有する典型的な面レリーフホログラムが各ピクセルの高さに従って形成される。
数式１
ｄｓｉｎθ＝ｍλ
【００３０】
図６は、体積ホログラムをホログラフィック記録材に直接記録する、本発明による方法を示す図である。
【００３１】
図６を参照して、記録光が緑色波長λＧのレーザ光であれば、アパーチャがレーザ光と反応するホログラフィック記録材３１でコーティングされた基板１３０の上に配置される。これは、斜め方向に入射される物体ビーム３４の影領域を考慮したものである。ここでは、アパーチャは、ユニットピクセルよりも若干広い透明領域を有し、残りの領域は光が通過しない。その後、レーザ光が物体ビーム３４と参照ビーム３３とに分けられた後、ホログラムは、参照ビーム３３と物体ビーム３４とを横切ることによって、ホログラフィック記録材の上に記録される。参照ビーム３３は、光源６０の光の進行方向を表し、一般的に、真っすぐ前進するが、参照ビーム３３は、光の照射パターンに従って、発散形状または収束形状を有する場合がある。物体ビーム３４の入射角度が決定することによって、物体ビーム３４が記録光に対して特定の位置に向かって指向することができる。その際、物体ビーム３４が厚さＤを有する基板１３０を通過した後、赤色および青色波長λＲ、λＢの再構築画像が数式１に従って、バーチャルカラーセル２１０Ｒ’、２１０Ｂ’の中心位置に配置される。実際、バーチャルカラーセル２１０Ｒ’、２１０Ｇ’、２１０Ｂ’は、第２ホログラム片１２１が配置される位置に設けられる。レーザ光から分岐する物体ビーム３４は、全方向への光を集光するための、典型的なレンズ３５と１つの方向へ進行する光を集光するためのレンチキュラーレンズ３６とを組み合わせることによって、バーチャル緑色カラーセル２１０Ｇ’の中心に、線形フォーカスを形成する。従って、白色光がホログラムに入射すれば、赤色および青色波長は、１つのカラーセルの大きさに対応する間隔をおいて、記録用に使用される緑色波長の上および下にそれぞれ位置する。
【００３２】
透過型ＬＣＤに使用される光のＲＧＢ中央波長は、互いに異なる波長間隔および強度を有する。従って、前記第１ホログラム片１１１を通過し、回折によって互いに空間的に分割され、その後、カラーフィルタ２１０の各カラーセルに入射される光は、偏心した中央波長と異なる強度とを有する場合がある。各カラーセルに入射する光の量は、ユーザの都合に合わせて調整すればよいが、調整は、前記第１ホログラム片１１１のデザインにおいて使用される基準光のための再構築画像の距離および位置を調整すればよい。なお、該調整は、光源６０からの光のＲＧＢ中央波長の帯域および強度比に基づく。
【００３３】
図７に示すように、上記方法によって製造された前記第１ホログラム１１０を通過した白色光は、波長距離に従って変化する回折角度を有するので、全再構築領域８０の大きさおよび再構築画像８１の位置は変化する。しかし、再構築画像８１が全再構築領域８０に対する比率は、波長に拘わらず一定である。従って、赤色再構築領域８０Ｒおよび赤色再構築画像８１Ｒは、赤色波長λＲに対して形成される。緑色再構築領域８０Ｇおよび緑色再構築画像８１Ｇは、緑色波長λＧに対して形成される。青色再構築領域８０Ｂおよび青色再構築画像８１Ｂは、青色波長λＢに対して形成される。前記第１ホログラム片１１１の再構築画像８１は、ユニットピクセルを通過する光が波長に拘わらず１本の線に収束するように形成される。従って、再構築画像８１の絶対位置は、波長に従って、台形状に変化する。ここで、再構築画像８１の絶対位置は、短波長λＭＩＮによって下部に形成される短収束線と、長波長λＭＡＸによって上部に形成される長収束線とに対応して変化する。再構築画像８１の分布は、白色光の可視光領域のスペクトル分布が空間スペクトルに変換されることによって、達成される。再構築画像８１の分布が表わしているのは、光源６０からの光の全波長の強度分布であって、ここでは、波長が重なることがない。なお、この場合、全光量は変化しない。太線で表された全波長のための再構築画像８３の大きさは、ユニットピクセルの大きさと同じように設計されている。
【００３４】
図４を参照して、前記第１ホログラム１１０によってピクセルユニットに回折し、その後、基板１３０を通過した光が、カラーフィルタ２１０またはＬＣＤ２００に入射する波長に応じて、異なる方向に進行した場合、色分散が発生する場合がある。従って、色合成の際に問題が発生する場合がある。この問題を解決するために、光の各波長の進行方向を修正する必要がある。さらに、光学的特性の変化およびホログラフィックカラーフィルタ２１０を挿入することによって発生する輝度の増加を最小限に抑えるために、該光は、好ましくは、光源６０からの光の光学的特性と同じ光学的特性を有することが望まれる。このような動作は、複数の第２ホログラム片１２１を含む第２ホログラム１２０によって行われる。
【００３５】
図８に示すように、第２ホログラム１２０は、ユニットピクセルの大きさを有する第２ホログラム片１２１を含む。そのために、ＲＧＢ中央波長λＲ、λＧ、λＢは、第２ホログラム１２０の表面（ｘ−ｙ平面）に垂直な方向に進行できる。前記第１ホログラム片１１１によって分割された赤色、緑色、青色波長λＲ、λＧ、λＢは、それぞれ、上、中央、下方向に回折される。例えば、回折角度θｇで入射する緑色波長λＧが第２ホログラム片１２１の表面に対して垂直な方向に進行するように第２ホログラム片１２１が構築された場合、第２ホログラム１２０は、同じ方向に異なった角度で入射するＲＧＢ中央波長を同じ方向に回折するが、これは、ＲＧＢ中央波長を異なった角度で回折する前記第１ホログラム１１０と同様である。従って、もし図５〜６に示す方法で製造された第２ホログラム片１２１を含む第２ホログラム１２０が、基板１３０に対して、前記第１ホログラム１１０の反対側に形成されたら、色分散を防ぐことができる。さらに、ＲＧＢ中央波長の進行方向は、光源６０からの光のそれと同じであるので、従来型の色合成が可能である。
【００３６】
本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００が行うフィルタリング動作は、カラーフィルタ２１０の色素層Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタリング動作に代わって、空間スペクトルの分布によるものである。従って、光は、カラーフィルタ２１０に吸収されず、ＲＧＢ帯域は、互いに重ならない。よって、向上した輝度およびすぐれた色再生を有する透過型ＬＣＤが実現される。カラーフィルタ２１０の各色素層を通過する各波長の帯域および強度は、光源６０からの波長のスペクトラル分布によって、前記第１ホログラム１１０の回折格子周期を変化させることによって調整可能である。対応する色素層から回折した波長は、より均一した波長の強度分布が得られるように隣接する色素層によって遮断される。
【００３７】
上述のように、第１および第２ホログラム１１０、１２０は、面レリーフホログラムおよび体積ホログラムを使うことによって製造可能である。本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００は、図９Ａ〜９Ｄに示すように、４種類存在してもよい。
【００３８】
図９Ａは、第１、第２ホログラム１１０、１２０の両方ともが面レリーフホログラム１１１ａ、１２１ａを含む場合を示す図であって、図９Ｂは、前記第１ホログラム１１０が面レリーフホログラム１１１ａを含み、前記第２ホログラム１２０が体積ホログラム１２１ｂを含む場合の図である。図９Ｃは、前記第１ホログラム１１０が体積ホログラム１１１ｂを含み、第２ホログラム１２０が面レリーフホログラム１２１ａを含む場合の図である。図９Ｄは、第１、第２ホログラムの両方ともが体積ホログラム１１１ｂ、１２１ｂを含む場合の図である。２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００は、上記の組み合わせに拘わらず、同じ動作を行う。しかし、面レリーフホログラムの場合、層数が少ないと、効率が下がる。さらに、層数が多いと、面レリーフホログラムの製造が困難になる。従って、レーザを使用して記録材に直接記録された体積ホログラムは、効率および安定度において、すばらしい特性を発揮する。
【００３９】
商業販売するＬＣＤは、色合成を目的として、様々なカラーフィルタアレイを有し、該ＬＣＤに適切な２層式ホログラフィックカラーフィルタの製造手順を図１０Ａ〜１０Ｃに示す。以下の説明では、同じ動作を実行する構成要素には同じ参照符号を付与し、第１、第２ホログラム片１１１、１２１は、同軸外線上では、１対１で互いに対応する。従って、２層式ホログラフィックカラーフィルタの動作特徴は、前記第１ホログラム片１１１の配置だけを使って説明される。全波長に対する再構築画像８３では、色素層に入射する部分は、Ｒ、Ｇ、Ｂとして表現されるが、これは、色素層と同様のことである。さらに、色分離のための光学装置は、色素層の配置に従って、９０度回転される。
【００４０】
図１０Ａに示すのは、ストライプ形状で設けられるカラーフィルタを有するＬＣＤに適切なストライプ型の第１ホログラム１５である。前記第１ホログラム片１１１は、前記第１ホログラム片１１１の全波長の再構築画像８３がＲＧＢ色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、カラーフィルタの形状と同じ形状で設けられる。図１０Ｂが示すのは、モザイク形状で設けられるカラーフィルタを有するＬＣＤに適切なモザイク型の第１ホログラム１６である。前記第１ホログラム片１１１は、前記第１ホログラム片１１１の全波長の再構築画像８３がＲＧＢ色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、モザイク状に設けられたカラーフィルタと同じ様態で、１つの色素層の幅に対応して、１行ずつシフトする。
【００４１】
図１０Ｃが示すのは、デルタ形状で設けられるカラーフィルタを有するＬＣＤに適切なデルタ型の第１ホログラム１７である。前記第１ホログラム片１１１は、前記第１ホログラム片１１１の全波長のための再構築画像８３がＲＧＢ色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、同片１１１は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタと同様な態様で、前記第１ホログラム片１１１の全幅の半分だけ各行シフトして設けられる。モザイク型の第１ホログラムは、再構築画像中のＲＧＢ中央波長間の間隔が増加するので、モザイク型の第１ホログラム片は、最小パターンの大きさｄが減少可能なように設計され、かつ再構築画像が可能な限り外側領域に配置されるように設計される必要がある。
【００４２】
本発明による２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００がＬＣＤ２００に近接しているが、ホログラフィックカラーフィルタ１００は、ホログラフィックカラーフィルタ１００とＬＣＤ２００が単一モジュール内に構成されるように、ＬＣＤ２００と同時に製造される。図１１、１２は、カラーフィルタ２１０と、ホログラフィックカラーフィルタ１００がＬＣＤ２００のために使用された場合、カラーフィルタ２１０を含まない透過型ＬＣＤとを含む透過型ＬＣＤを示す断面図である。
【００４３】
図１１を参照して、本発明の第２実施形態によると、ホログラフィックカラーフィルタ１００がカラーフィルタ２１０を含むＬＣＤ２００のために使用される。基板１３０の１方側の光源６０の側に前記第１ホログラム１１０を備え、かつＬＣＤ２００の側に第２ホログラム１２０を備えた後、カラーフィルタ２１０をＬＣＤ２００の第２ホログラム１２０と液晶２５０との間に備える。
【００４４】
図１２を参照して、本発明の第３実施形態によると、２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００がカラーフィルタ２１０を含まないＬＣＤ２００のために使用される。基板１３０の１方側の光源６０の側に前記第１ホログラム１１０を備え、かつ液晶２５０に隣接する基板１３０の反対側に第２ホログラム１２０を備えることによって、２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００は、ＬＣＤ２００のカラーフィルタの役割を担う。
【００４５】
上記のように、本発明の第２、第３実施形態による２層式ホログラフィックカラーフィルタ１００は、白色光の波長を分布する。該光は、前記第１ホログラム１１０に入射したものである。なお、該分布は、ユニットピクセルの大きさを有する空間に渡って広がる。基板は、回折空間を備え、第２ホログラムは前記第１ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元する。従って、色合成の際の問題が発生しない。
【００４６】
本発明の例示的な実施形態が説明のために記載されてきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更、追加、置換を行えることが以下の請求項の開示を鑑みれば当業者には明白であろう。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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