JP2860314B2 - 軸外れのフルカラーホログラフフィルタを有する液晶ディスプレイ - Google Patents
軸外れのフルカラーホログラフフィルタを有する液晶ディスプレイInfo
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Description
特に軸外れホログラフカラーフィルタおよびこの軸外れ
ホログラフカラーフィルタを使用するフルカラー液晶デ
ィスプレイに関する。
978 号明細書は入射した白色光を液晶装置の適切な素子
に焦点を結ぶ赤色、緑色、青色成分に分離するための3
層のホログラフマイクロレンズの技術を開示している。
この米国特許第4,807,978 号明細書は主に透過型の液晶
装置に照射を与えることに関し、反射型の液晶ディスプ
レイ装置を使用するときのホログラフ素子の効果を考慮
していない。
イシステムでは、ホログラフ素子により分離され焦点を
結ばれた光は液晶空間光変調器を通って投影光学システ
ムまで通過する。一方、反射型空間光変調器を有する投
影ディスプレイシステムでは、空間光変調器から反射さ
れた画像は投影光学システムに到着する前に2回ホログ
ラフ素子を通過する。
される従来の技術は(a)別々に赤色、緑色、青色画像
を生成し、それからカラー選択ビームスプリッタにより
画像を重畳するために3つの空間光変調器を使用し、ま
たは(b)装置を赤色、緑色、青色の画像素子に分離す
るために吸収フィルタのモザイクを有する単一の空間光
変調器装置を使用することである。
は、軸外れホログラフカラーフィルタを使用するフルカ
ラー液晶ディスプレイを提供することである。
成するために、本発明は軸外れホログラフカラーフィル
タと、軸外れホログラフカラーフィルタを使用するフル
カラー液晶ディスプレイを提供する。この液晶ディスプ
レイは電気的に独立した画素のモザイクを含んでいる液
晶空間光変調器を具備する。ほぼ照準された白色光の主
としてS偏光の照射光を発生する照明光源が設けられて
いる。ホログラフカラーフィルタは液晶空間光変調器に
隣接して配置され、液晶光空間光変調器は赤色、緑色、
青色光をそれぞれ空間光変調器の対応する画素に焦点を
結ばせるように設計された3層の重ねられたホログラフ
レンズを具備している。プリズム素子は照明光源からの
光の照射光をホログラフカラーフィルタへ結合するため
にホログラフカラーフィルタに隣接して配置される。偏
光装置はホログラフカラーフィルタに対して反対側のプ
リズム素子の出力表面に配置され、ホログラフカラーフ
ィルタはP偏光された光を透過するがS偏光された光を
阻止する。投影光学システムは偏光装置により透過され
るP偏光光を受けて観察するための画像を発生するよう
に配置される。
分離しこれらの素子を反射液晶空間光変調器(または光
バルブ)の適切な画素へ誘導するフィルタを提供する。
この組合わせは大きなスクリーン投影ディスプレイシス
テムで使用されてもよい。本発明のフィルタの1つの特
徴は入射するS偏光光を回折するが液晶装置から反射す
るP偏光画像を回折しないように設計されているホログ
ラフ光素子(または回折光学素子)によりカラーが分離
されることである。
カラー投影画像を形成することを可能にする。これは従
来の技術の項で説明した従来技術よりも改良されてい
る。本発明は前述の技術(a)よりも複雑ではなく廉価
であり、照射パワーの使用に関して前述の技術(b)よ
りも非常に効率がよい。
添付図面を伴った後述の詳細な説明を参照してより迅速
に理解されるであろう。同一の参照符号は同一の構造の
素子を示している。図1を参照すると、図1のaは本発
明にしたがった軸外れホログラフカラーフィルタ11を用
いるフルカラー液晶ディスプレイ10の概略図を示してい
る。図1のbは図1のaのディスプレイ10の軸外れホロ
グラフカラーフィルタ11の拡大図を示している。液晶デ
ィスプレイ10は、基体17と、1表面上に配置された透明
な電極14と他方の表面上に配置された反射電極15とを有
する液晶材料13の層と、透明なプレート18とを具備する
液晶空間光変調器12を含んでいる。反射電極15は典型的
に電気的に独立した画素16のモザイクに分割されてい
る。典型的に、反射電極15は基体17上に被覆される導電
金属被覆として付着され、SからPへの光の偏光を回転
することにより空間光変調器12を通過する光を空間的に
変調するために使用される画素16へ電気信号を与える手
段を含んでいる。
照準した白色の主としてS偏光の照射光を発生する光源
21または照明光源21が設けられている。照明光源21は典
型的に白熱灯または金属ハロゲンランプ、反射または屈
折光集収光学系、プレートまたはプリズム偏光装置を具
備している。プリズム素子22はホログラフカラーフィル
タ11に隣接して配置され、照明光源21からの照射光をホ
ログラフカラーフィルタ11に結合する。
変調器12とプリズム素子22との間に配置されている。図
1のbを参照すると、ホログラフカラーフィルタ11は空
間光変調器12の対応する画素16へそれぞれ赤色、緑色、
青色光の焦点を結ばせるように設計されているオバーラ
ップした3層のホログラフレンズ23から構成されてい
る。ホログラフレンズに関する詳細は、鋭角(例えばフ
ィルムの垂線から75度等)で入射する光で動作するよ
うにホログラフレンズが設計され製造されており、従っ
てホログラムレンズ23の詳細はS偏光された入射光を効
率的に回折するがP偏光された光では効率は低い点を除
いて米国特許第4,807,978 号明細書に開示されている。
S偏光された光を阻止するプリズム素子22の出力表面上
に配置されている。典型的には投影レンズ31、またはレ
ンズ31、前方または後方投影スクリーン32から構成され
る投影光学システム30は偏光装置24により透過されるP
偏光された光を受けて観察用画像を発生するように配置
されている。
光された光はプリズム素子22を通過し、ホログラフカラ
ーフィルタ11の3つのホログラフ層23に入射する。青色
ホログラム層は青色成分を選択して空間光変調器12の青
色画素16へ照射光の青色成分の焦点を結ばせる。緑色お
よび赤色ホログラム層23はそれぞれのカラーを空間光変
調器12の対応する緑色および赤色画素16へ焦点を結ぶ。
電気信号は、画像で明るい画素が所望される場所ではS
からPへの光の偏光を回転することにより、また画像の
暗い画素が所望される場所では偏光を回転しないことに
より、そこを通過する光を空間的に変調するために空間
光変調器12の画素16へ与えられる。所定の画素の輝度は
反射光の偏光を部分的に回転することにより(即ち反射
光に楕円形偏光を与えることにより)黒色から最大まで
変化されることができる。空間光変調器12の“暗い”領
域から反射されたS偏光された光はホログラフレンズに
より主として(照明光源21方向に戻されて)回折され、
光を投影光学システム30に到達しないように阻止する偏
光装置24へ部分的に透過される。空間光変調器12の“明
るい”画素16から反射されるP偏光された光は回折せず
にホログラフカラーフィルタ11のホログラフ層23を主と
して透過される。この光は偏光装置24を通過し、可視画
像を形成するようにスクリーン32に投影される。
ために、3層のホログラフレンズ23は(50%のピーク
回折効率で)80乃至100ナノメータの波長帯域幅を
有しなければならない。図2は適切な緑色ホログラムの
効率対波長および回折された角度対波長特性のグラフを
示している。緑色ホログラムはスペクトルの(500n
mよりも少ない)青色と(590nmよりも大きい)オ
レンジ/赤色部分の光を回折する。画像が十分なカラー
純度であることを確実にするため、これらの赤色および
青色の成分は空間変調器12の緑色画素16に入射してはな
らず、むしろ隣接する青色および赤色画素16に入射する
べきである。図2のデータは入射光の緑色成分が−4°
および+4°との間で回折され、青色成分はより低い角
度で回折され、赤色成分はより高い角度で回折される。
従って、以下の条件が満たされるならばカラーフィルタ
11の性能は最適である。
度で向かい合うべきである(正確な最適値はレンズホロ
グラムの屈折角度およびその他の設計特性に依存す
る)。空間光変調器12とホログラムとの間の距離(ホロ
グラムレンズの焦点距離とも等しい)が空間光変調器12
の画素16の幅の約7.2倍であるならば、この状態が生
じる。空間光変調器12の画素16は入射する照射光方向に
直交する赤色、緑色、青色条帯の反復パターンで配置さ
れなければならない。条帯のシーケンスは、各緑色条帯
に関して、赤色条帯は照明光源21に隣接する側面に位置
され、青色条帯は照明光源21から離れた側面に位置する
ような状態でなければならない。
と、軸外れのホログラフカラーフィルタを用いるフルカ
ラーの液晶ディスプレイを説明した。説明した実施例は
本発明の原理の適用を表した多数の特定の実施例のうち
の単なる例示であることが理解されよう。明らかに、多
数のおよび他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく当業者により容易に実施されることができる。
ィルタを使用するフルカラー液晶ディスプレイの概略図
およびそのディスプレイの軸外れホログラフカラーフィ
ルタの拡大図。
ログラムの効率対波長のグラフ。
Claims (1)
- 【請求項1】 電気的に独立した画素のモザイクから構
成されている液晶空間光変調器(12)と、ここで、液
晶空間光変調器(12)は液晶材料層(13)と、液晶
材料層(13)と対向する透明電極(14)を有する透
明プレートと、そして電気的に独立した画素(16)の
モザイクに分割された反射面(15)とを有し、ここで
反射面(15)は前記液晶空間光変調器(12)を通過
する光 を光の偏光を回転することにより空間的に変調す
るために使用される画素(16)に電気信号を供給する
手段を含む基体上に付着され、 ほぼ照準され主として白色光のS偏光照射光を発生する
照明光源(21)と、 赤色、緑色、青色光をぞれぞれ空間光変調器(12)の
対応する画素(16)上に焦点を結ばせるように構成さ
れた3層に重ねられたホログラフレンズ(23)を具備
する液晶空間光変調器に隣接して配置されたホログラフ
カラーフィルタ(11)と、ここで、ホログラフレンズ
(23)は鋭角に入射される光に対し動作するように設
計され製造され、このホログラム層(23)はS偏光さ
れた入射光を効率的に回折するがP偏光された光に対し
ては低い効率を有し、 照明光源(21)からの照射光をホログラフカラーフィ
ルタに結合するためにホログラフカラーフィルタ(1
1)に隣接して配置されているプリズム素子(22)
と、 ホログラフカラーフィルタと反対側のプリズム素子(2
2)の出力表面に配置され、P偏光された光を透過する
がS偏光された光を阻止する偏光装置(24)と、ここ
で光はS偏光からP偏光に交代され、 この偏光装置(24)により透過されるP偏光された光
を受けて観察用の画像を生成するように配置されている
投影光システム(30)とを具備していることを特徴と
するフルカラー液晶ディスプレイ。
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