(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し、分光した各色の光をそれぞれ集光するホログラムカラーフィルターと、前記分光した各色の光が集光する集光面近傍に配置された反射型ホログラムと、前記ホログラムカラーフィルターと反射型ホログラムの間に配置された透過型空間光変調器とからなり、前記反射型ホログラムは、前記白色光が前記ホログラムカラーフィルターにより分光され、分光された各色の光がそれぞれ集光されて各色の光が入射する位置近傍において、各色の波長の光を同じ方向に反射する干渉縞が記録されてなるものであることを特徴とするホログラムカラーフィルターを用いた反射型直視カラー表示装置。
【請求項２】
前記透過型空間光変調器が液晶表示素子からな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を用いた反射型直視カラー表示装置。
【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を用いた反射型直視カラー表示装置に関し、特に、ホログラムカラーフィルターとホログラム反射層とを用いて、バックライト光源の必要がないカラー液晶表示装置等の反射型直視カラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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。
【０００３】
以下、図２の断面図を参照にしてこ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簡単に説明する。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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、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は、バックライトを用いるカラー液晶表示装置にのみ利用可能で、周囲の環境光等のみを照明光として用いた場合、各波長成分が所望の位置に回折集光しない。したがって、周囲の環境光を照明光として用いたバックライト光源の必要がない反射型で直視型の液晶表示装置等には利用できなかった。
【０００８】
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、本出願人の提案に係るホログラムカラーフィルターを用いて、バックライト光源を用いないカラー液晶表示装置等の反射型直視カラー表示装置を提供することである。
【０００９】
【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を用いた反射型直視カラー表示装置は、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し、分光した各色の光をそれぞれ集光するホログラムカラーフィルターと、前記分光した各色の光が集光する集光面近傍に配置された反射型ホログラムと、前記ホログラムカラーフィルターと反射型ホログラムの間に配置された透過型空間光変調器とからなり、前記反射型ホログラムは、前記白色光が前記ホログラムカラーフィルターにより分光され、分光された各色の光がそれぞれ集光されて各色の光が入射する位置近傍において、各色の波長の光を同じ方向に反射する干渉縞が記録されてなるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
この場合、透過型空間光変調器としては、例えば液晶表示素子を用いることができる。
【００１１】
本発明においては、ホログラムカラーフィルターと反射型ホログラムとを液晶表示素子のような画素の集合体からなる透過型空間光変調器に組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型直視カラー表示装置を得ることができる。
【００１２】
【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を用いた反射型直視カラー表示装置の実施例について説明する。
図１に、図２に示したようなホログラムカラーフィルターを用いる反射型直視カラー表示装置の１実施例の模式的断面図を示す。同図において、規則的に画素１６′に区切られた液晶表示素子、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）表示素子等からなる透過型空間光変調器１６の環境中の照明光１３入射側にホログラムカラーフィルター５が離間して配置される。透過型空間光変調器１６背面には、後で詳しく説明する反射型ホログラム１０と、その背面に光吸収層１５とが配置されている。透過型空間光変調器１６の各画素１６′の間にはブラック・マトリックス４が配置されている。なお、ホログラムカラーフィルター５と反射型ホログラム１０の間の距離は、微小ホログラム５′の集光距離（焦点距離）に略等しく選ばれる。
【００１３】
この場合も、ホログラムカラーフィルター５は、透過型空間光変調器１６のＲ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、すなわち、透過型空間光変調器１６の紙面内の方向に隣接する３つの画素１６′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′は透過型空間光変調器１６の紙面内の方向に隣接する３つの画素１６′各組に対応して各々１個ずつ配置されており、各微小ホログラム５′は、ホログラムカラーフィルター５の法線に対して角度θをなして入射する照明光１３の中の緑色の成分の光１１Ｇ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の中心の画素Ｇ近傍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。
【００１４】
このような配置であるので、ホログラムカラーフィルター５の表面側から入射角θで環境光１３が入射すると、ホログラムカラーフィルター５により波長分散され、各波長に対する集光位置はホログラムカラーフィルター５面に平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分１１Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置の反射型ホログラム１０の表面近傍に、緑の成分１１Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置の反射型ホログラム１０の表面近傍に、青の成分１１Ｂは青を表示する画素Ｂのの反射型ホログラム１０の表面近傍にそれぞれ回折集光するように、ホログラムカラーフィルター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画素１６′を通過し、対応する位置の反射型ホログラム１０に達する。
【００１５】
ここで、反射型ホログラム１０は体積位相型ホログラム（リップマンホログラム）であり、入射角θの環境光１３に対応する赤色回折成分１１Ｒ、緑色回折成分１１Ｇ、青色回折成分１１Ｂそれぞれが集光する位置近傍の反射型ホログラム１０中の干渉縞１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、それぞれ赤色波長の光、緑色波長の光、青色波長の光のみを反射するように形成され、かつ、それらの干渉縞１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの傾きは、それぞれ上記の赤色回折成分１１Ｒ、緑色回折成分１１Ｇ、青色回折成分１１Ｂを略同一の方向に向かう反射光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとして反射回折するような傾きに構成されている。
【００１６】
ところで、入射角θの近傍のθ±Δの角度範囲に入射する環境光１３も、ホログラムカラーフィルター５により波長分散され、各色成分１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｇと同様に色分離されるが、図１で実線で示した角度とは異なる角度で回折される。図１には緑色成分の主光線のみを破線で示してあるが、各色につき、入射角θの場合の各回折成分１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｇの分散方向の両側近傍に分布する。このような回折成分も、それぞれ反射光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと同じ方向に反射回折させるように、反射型ホログラム１０中の干渉縞１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂも各画素Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する位置に連続して分布して設けられている。
【００１７】
したがって、入射角θだけでなくθ±Δの角度範囲に入射する環境光１３がホログラムカラーフィルター５により波長分散され、その中の、赤の波長成分１１Ｒは赤を表示する画素Ｒに入射してその画素の表示状態に応じた強度変調を受けて透過し、反射型ホログラム１０中の干渉縞１０Ｒにより一定の方向に反射光１２Ｒとして反射され、画素Ｒを裏面側からもう一度透過し、さらにホログラムカラーフィルター５に入射して今度はホログラムカラーフィルター５でほとんど回折されずに透過してその方向に位置する観察者の眼に入射する。ホログラムカラーフィルター５により回折分光された緑の波長成分１１Ｇ、青の波長成分１１Ｂも、同様に、それぞれ緑、青を表示する画素Ｇ、Ｂに入射してそれらの画素の表示状態に応じた強度変調を受けて透過し、反射型ホログラム１０中の干渉縞１０Ｇ、１０Ｂにより上記と同じ一定の方向に反射光１２Ｇ、１２Ｂとして反射され、画素Ｇ、Ｂを裏面側からもう一度透過し、さらにホログラムカラーフィルター５に入射して今度はホログラムカラーフィルター５でほとんど回折されずに透過してその方向に位置する観察者の眼に入射する。したがって、画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによってカラー画像表示が可能になる。なお、θ±Δの角度範囲外の環境光１３もホログラムカラーフィルター５で一部が回折され一部が透過して反射型ホログラム１０に達するが、その入射方向と波長が干渉縞１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの回折条件を満たさないので、反射型ホログラム１０を透過して光吸収層１５で吸収され、観察者の方向へは反射されない。
【００１８】
したがって、以上のように、ホログラムカラーフィルター５と反射型ホログラム１０とを液晶表示素子のような画素の集合体からなる透過型空間光変調器１６に組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型直視カラー表示装置を得ることができる。
【００１９】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた反射型直視カラー表示装置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。
【００２０】
【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を用いた反射型直視カラー表示装置によると、ホログラムカラーフィルターと反射型ホログラムとを液晶表示素子のような画素の集合体からなる透過型空間光変調器に組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型直視カラー表示装置を得ることができる。
【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を用いる反射型直視カラー表示装置の１実施例の模式的断面図である。
【図２】従来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。
【符号の説明】
４…ブラック・マトリックス
５…ホログラムカラーフィルター
５′…微小ホログラム
１０…反射型ホログラム
１０Ｒ…赤色回折干渉縞
１０Ｇ…緑色回折干渉縞
１０Ｂ…青色回折干渉縞
１１Ｒ…赤色回折成分
１１Ｇ…緑色回折成分
１１Ｂ…青色回折成分
１２Ｒ…赤色反射光
１２Ｇ…緑色反射光
１２Ｂ…青色反射光
１３…環境光（照明光）
１５…光吸収層
１６…透過型空間光変調器
１６′…画素
Ｒ、Ｇ、Ｂ…分色画素
【図１】
0003958807.tif 000002
【図２】
0003958807.tif 000003