(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくも、照明光源と、その照明光源からの照明光の赤色成分、緑色成分、青色成分の中の緑色成分を含む２色の光と、残りの色成分を含む１色の光とに分離する色光分離手段と、緑色成分を含む２色の光の光路中に配置されたホログラムカラーフィルターと、そのホログラムカラーフィルターの分光集光面近傍に配置されその２色に対応する２色の画像を合成して表示する液晶表示素子と、残りの色成分を含む１色の光の光路中に配置された対応する色の画像を表示する液晶表示素子と、前記両液晶表示素子によって表示された画像を合成してカラー表示画像を形成する光学系とからな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カラー液晶表示システム。
【請求項２】
前記ホログラムカラーフィルターが、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カラー液晶表示システム。
【請求項３】
前記光学系が、前記両液晶表示素子によって表示された画像を同じ像面に重ねて結像する光学系と、緑色成分を含む２色の光と、残りの色成分を含む１色の光とを合成する色光合成手段とからな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を用いたカラー液晶表示システム。
【請求項４】
前記の残りの色成分が赤色成分であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のホログラムカラーフィルターを用いたカラー液晶表示システム。
【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を用いたカラー液晶表示システムに関し、特に、明るく色純度が良く色再現性の良好なカラー液晶表示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人が特開平６−２２２３６１号等において提案したホログラムカラーフィルターは、図５にその干渉縞を模式的に示すような偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものであり、ホログラムに対して斜めから入射する光をホログラムの波長分散特性を利用して液晶ディスプレイのＲ，Ｇ，Ｂの各画素毎に色を分けると共に、各画素にホログラムのレンズ機能（集光機能）を用いて集光させることで、光源の光の利用効率を高くすることができ、同じ光源でより明るい液晶ディスプレイを構成することができるものである。
【０００３】
図４の断面図を参照にして上記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入射側にこのホログラム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。
【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、図５にその干渉縞を模式的に示すような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（偏心ホログラムレンズ）。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面に略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。
【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】
ところが、このようなホログラムカラーフィルターを用いてカラー液晶表示装置を構成する場合に、図４に破線で示すように、微小ホログラム５′で分散された青の波長成分の中、短波長側の成分の一部は青を表示する液晶セルＢの位置を越えて隣の赤を表示する液晶セルＲに入射し、また、図４に一点鎖線で示すように、分散された赤の波長成分の中、長波長側の成分の一部は赤を表示する液晶セルＲの位置を越えて反対側に隣接する青を表示する液晶セルＢに入射してしまし、表示の色純度が低下してしまう問題がある。経験的に、特に赤の色純度が悪くなる問題がある。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラムカラーフィルターを用いたカラー液晶表示システムにおいて、明るく色純度が良く色再現性の良好なカラー液晶表示システム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カラー液晶表示システムは、少なくも、照明光源と、その照明光源からの照明光の赤色成分、緑色成分、青色成分の中の緑色成分を含む２色の光と、残りの色成分を含む１色の光とに分離する色光分離手段と、緑色成分を含む２色の光の光路中に配置されたホログラムカラーフィルターと、そのホログラムカラーフィルターの分光集光面近傍に配置されその２色に対応する２色の画像を合成して表示する液晶表示素子と、残りの色成分を含む１色の光の光路中に配置された対応する色の画像を表示する液晶表示素子と、前記両液晶表示素子によって表示された画像を合成してカラー表示画像を形成する光学系とからなることを特徴とするものである。
【００１０】
この場合、ホログラムカラーフィルターが、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からなることが望ましい。
【００１１】
また、上記の光学系は、両液晶表示素子によって表示された画像を同じ像面に重ねて結像する光学系と、緑色成分を含む２色の光と、残りの色成分を含む１色の光とを合成する色光合成手段とからなることが望ましい。
【００１２】
なお、上記の残りの色成分としては赤色成分であることが望ましい。
【００１３】
本発明においては、緑色成分を含む２色の画像を合成してホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示素子に表示させ、残りの色成分を含む１色の画像を単色用液晶表示素子に表示させるので、ホログラムカラーフィルターの特性である照明光を効率的に利用して明るい表示ができるとの特性を損なわずに、ホログラムカラーフィルターで分散された赤の波長成分と青の波長成分が混色して色純度を低下させる問題を克服して、明るく、色純度が良く、色再現性の良好なカラー画像を表示することができる。
【００１４】
【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カラー液晶表示システムの実施例について説明する。
【００１５】
本発明のカラー液晶表示システムの基本的な考え方は、ホログラムカラーフィルターと液晶表示素子を用いてＲ（赤色）、Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の中のＧを含む２色、好ましくはＧとＢの色の画像を表示するようにして、残りの１色の画像は別の液晶表示素子で表示するようにし、その２つの画像を合成してカラー画像を表示するようにするものである。
【００１６】
図２を参照にして、まず、ホログラムカラーフィルターと液晶表示素子を用いてＧとＢの色の画像を表示する装置の構成を示す。
【００１７】
このＧＢ用画像表示装置２０は、基本的に図４の従来の表示装置と同じであるが、液晶表示素子１６は規則的に区切られた液晶セル１６′（画素）からなり、ＧとＢの分色画素が交互に配列されてなるものであり、従来と同様に、各液晶セル１６′の間にブラック・マトリックス１４が設けられている。もちろん、この液晶表示素子１６は図４と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの分色画素が周期的に繰り返すように配置されているが、Ｒの分色画素を使用しないようにしたものであってもよい。なお、液晶表示素子１６は、以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子１６の両側に配置され、また、各画素に電圧を選択的に印加する画素電極と共通電極が液晶層を間に挟んで設けられている。
【００１８】
また、ＧとＢの分色画素の繰り返し周期である２つの液晶セル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′からなるホログラムカラーフィルター５が、液晶表示素子１６の入射側に平行に微小ホログラム５′の集光距離（焦点距離）だけ離間して配置されている。
【００１９】
そして、この場合は、ホログラムカラーフィルター５の法線に対して角度θをなして白色から赤色領域の成分を除いたバックライト１３、あるいは、緑色領域の成分と青色領域の成分とからなるバックライト１３が入射され、そのバックライト１３は、ホログラムカラーフィルター５の各微小ホログラム５′で緑色の成分と青色成分に分光され、それぞれその微小ホログラム５′に対応する分色画素ＧとＢの液晶セルＧ，Ｂ上に集光するように、干渉縞が偏心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。したがって、図２のＧＢ用画像表示装置２０は、表示しようとするカラー画像のＧとＢの色の画像を合成して表示するものである。
【００２０】
一方、Ｒの単色の画像を表示するＲ用画像表示装置１９は、図３に示すように、液晶セル１７′（画素）に規則的に区切られてなる単色の液晶表示素子１７からなり、各液晶セル１７′の間にブラック・マトリックス１４が設けられているか、そのブラック・マトリックス１４は省かれてなるものであり、さらに、図示しない偏光板が液晶表示素子１７の両側に配置され、また、各画素に電圧を選択的に印加する画素電極と共通電極が液晶層を間に挟んで設けられている。
【００２１】
そして、液晶表示素子１７の背後から赤色領域の成分からなるバックライト１８、あるいは、白色から緑色領域の成分と青色領域の成分を除いたバックライト１８が入射されるもので、このＲ用画像表示装置１９は、表示しようとするカラー画像のＲ色の画像を表示するものである。
【００２２】
図１に、図２のＧＢ用画像表示装置２０と図３のＲ用画像表示装置１９とを用いた本発明のカラー液晶表示システムの１例の構成図を示す。例えばメタルハライドランプ２１と放物面鏡２２の組み合わせからなる白色光源からの平行照明光２３は、ダイクロイックミラー２４で赤色領域の成分からなるバックライト１８と緑色領域の成分と青色領域の成分とからなるバックライト１３とに分けられる。その赤色領域の成分からなるバックライト１８のミラー２５で反射された光路中にはＲ用画像表示装置１９が配置され、緑色領域の成分と青色領域の成分とからなるバックライト１３の光路中にはＧＢ用画像表示装置２０が配置されている。Ｒ用画像表示装置１９に表示されたＲ色の画像の表示光２７は、リレーレンズ２９を経てＲ光を透過するダイクロイックミラー３０に達する。また、ＧＢ用画像表示装置２０表示されたＧとＢの色の画像を合成した画像の表示光２６は、視野レンズ３２、リレーレンズ２８を経てＧ光とＢ光を反射するダイクロイックミラー３０に達する。この２つの画像はダイクロイックミラー３０で合成される。ここで、リレーレンズ２９は像面３１にＲ色の画像を結像させ、リレーレンズ２８は同じ像面３１にＧ色とＢ色の合成画像を結像させるように配置されており、かつ、像面３１上の２つの画像は同じ倍率に結像されるように設定されているので、ダイクロイックミラー３０で合成された画像は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色の画像が加法混色した表示しようとするカラー画像そのものになっている。したがって、観察者Ｅは、明るく、色純度が良く、色再現性の良好なカラー画像を観察することができる。なお、像面３１にスクリーンを配置して投影カラー合成画像として観察するようにすることもできる。
【００２３】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターを用いたカラー液晶表示システムを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形が可能である。
【００２４】
【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カラー液晶表示システムによると、緑色成分を含む２色の画像を合成してホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示素子に表示させ、残りの色成分を含む１色の画像を単色用液晶表示素子に表示させるので、ホログラムカラーフィルターの特性である照明光を効率的に利用して明るい表示ができるとの特性を損なわずに、ホログラムカラーフィルターで分散された赤の波長成分と青の波長成分が混色して色純度を低下させる問題を克服して、明るく、色純度が良く、色再現性の良好なカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー液晶表示システムの１例の構成図である。
【図２】図１のカラー液晶表示システムに用いているＧＢ用画像表示装置の構成を示す図である。
【図３】図１のカラー液晶表示システムに用いているＲ用画像表示装置の構成を示す図である。
【図４】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断面図である。
【図５】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干渉縞を模式的に示す図である。
【符号の説明】
５…ホログラムカラーフィルター
５′…微小ホログラム
１４…ブラック・マトリックス
１３…白色から赤色領域の成分を除いたバックライト
１６…液晶表示素子
１６′…液晶セル（画素）
１７…単色用液晶表示素子
１７′…液晶セル
１８…赤色領域の成分からなるバックライト
１９…Ｒ用画像表示装置
２０…ＧＢ用画像表示装置
２１…メタルハライドランプ
２２…放物面鏡
２３…平行照明光
２４…ダイクロイックミラー
２５…ミラー
２６…ＧとＢの色の合成画像の表示光
２７…Ｒ色の画像の表示光
２８…リレーレンズ
２９…リレーレンズ
３０…ダイクロイックミラー
３１…像面
３２…視野レンズ
Ｅ…観察者
【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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