JPH06308332A - Color filter using hologram - Google Patents
Color filter using hologramInfo
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- JPH06308332A JPH06308332A JP9751793A JP9751793A JPH06308332A JP H06308332 A JPH06308332 A JP H06308332A JP 9751793 A JP9751793 A JP 9751793A JP 9751793 A JP9751793 A JP 9751793A JP H06308332 A JPH06308332 A JP H06308332A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを用いたカ
ラーフィターに係わり、例えば液晶表示装置において、
ホログラムを用いてバックライト等の利用効率向上を図
ったカラーフィターに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color filter using a hologram, for example, in a liquid crystal display device,
The present invention relates to a color filter that uses a hologram to improve the utilization efficiency of a backlight or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、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
下記に示す理由が挙げられる。2. Description of the Related Art Conventionally, in a color liquid crystal display device using a color filter, a backlight is indispensable for displaying. However, if the white light is directly emitted from the back of the color liquid crystal display device, its utilization efficiency is very low. The main reasons are listed below.
【０００３】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。 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１色に
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。 各カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。The black matrix other than the cells of each color occupies a large area, and the light impinging on it is wasted. Of the white light incident on each pixel, R (red), G (green),
Since the color component that passes through the B (blue) color filter is limited to one color, the other complementary color components are wasted. There is a loss due to absorption in each color filter.
【０００４】このような問題を解決すべく、図１７に示
すように、例えばマイクロレンズアレー２をカラーフィ
ルター１の前面に設置し、白色光のバックライト３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３の利用効率を上げ
る方法が従来より知られている。なお、図１７におい
て、符号４はカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ間に設け
られたブラック・マトリックスを示す。In order to solve such a problem, as shown in FIG. 17, for example, a microlens array 2 is installed in front of the color filter 1, and a white light backlight 3 is provided in each of the color filter cells R, G, B. Conventionally, a method of increasing the utilization efficiency of the backlight 3 by collecting the light is known. In FIG. 17, reference numeral 4 indicates a black matrix provided between the color filter cells R, G and B.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】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、上記に示
す問題の解決はできない。また、依然としてカラーフィ
ルター１を用いるので、上記に示す問題の解決はでき
ない。However, even in this method, the white light 3 is emitted to the respective color filter cells R, G, B.
The above-mentioned problem cannot be solved because the light cannot be spectrally irradiated. Further, since the color filter 1 is still used, the above problem cannot be solved.
【０００６】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、ホログラムで白
色光を分光して所定の位置に照射させるようにして、カ
ラーフィルターを用いないで、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ことである。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to disperse white light by a hologram and irradiate it to a predetermined position without using a color filter. Therefore, it is to significantly improve the utilization efficiency of the backlight for liquid crystal display and the like.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムを用いたカラーフィルターは、入射光を
ホログラムにより回折分光して所定の空間的な周期で異
なる波長の光を所望の位置に出射することを特徴とする
ものである。A color filter using a hologram of the present invention which achieves the above object, diffracts and splits incident light by the hologram to bring light of different wavelengths to a desired position at a predetermined spatial cycle. It is characterized by emitting light.
【０００８】この場合、そのホログラムは、回折効率の
波長依存性がないかもしくは少ない集光性単位ホログラ
ムをアレー状に配置してなるものであってもよく、ま
た、一様な回折効率の波長依存性がないかもしくは少な
い干渉縞からなり、そのホログラムの入射側又は出射側
にアレー状の集光素子が配置されているようなものであ
ってもよい。In this case, the hologram may be one in which condensing unit holograms having no or little wavelength dependence of diffraction efficiency are arranged in an array, and the wavelength of uniform diffraction efficiency may be obtained. It may be such that interference fringes having no or little dependence are arranged, and an array-shaped condensing element is arranged on the entrance side or the exit side of the hologram.
【０００９】さらには、そのホログラムは、多重に記録
されるか重畳された回折波長及び角度選択性のある集光
性単位ホログラムをアレー状に配置してなるものであっ
てもよく、また、多重に記録されるか重畳された一様な
回折波長及び角度選択性のある干渉縞からなり、そのホ
ログラムの入射側又は出射側にアレー状の集光素子が配
置されているようなものであってもよい。Further, the hologram may be one in which condensing unit holograms having diffractive wavelengths and angle selectivity which are recorded or superposed in a multiplex are arranged in an array. It consists of interference fringes with uniform diffraction wavelength and angle selectivity recorded or superposed on the hologram, and an array-shaped condensing element is arranged on the entrance side or the exit side of the hologram. Good.
【００１０】このようなホログラムを用いたカラーフィ
ルターは、周期的に液晶セルが配置された液晶表示素子
のバックライト入射側に配置して用いることができ、そ
の場合、ホログラムの出射側の何れかの位置に光拡散手
段を配置することが望ましく、液晶表示素子には、液晶
セル間の領域に対応した位置に遮光手段を配置するのが
望ましい。さらには、このようなホログラムを用いたカ
ラーフィルターは、表示画像を投影する投影手段を備え
た液晶表示素子のバックライト入射側に配置して用いる
ことができる。A color filter using such a hologram can be used by arranging it on the backlight incident side of a liquid crystal display element in which liquid crystal cells are periodically arranged. In that case, either of the hologram emitting sides can be used. It is desirable to dispose the light diffusing means at the position, and it is desirable to dispose the light shielding means at the position corresponding to the region between the liquid crystal cells in the liquid crystal display element. Furthermore, a color filter using such a hologram can be used by being arranged on the backlight incident side of a liquid crystal display device equipped with a projection means for projecting a display image.
【００１１】また、このようなホログラムを用いたカラ
ーフィルターは、周期的に光検出素子が配置された撮像
素子の入射側に配置して用いることもできる。A color filter using such a hologram can also be used by arranging it on the incident side of an image pickup element in which photodetection elements are periodically arranged.
【００１２】[0012]
【作用】本発明においては、入射光をホログラムにより
回折分光して所定の空間的な周期で異なる波長の光を所
望の位置に出射するので、カラーフィルターを通過させ
なくてもよくなり、吸収による損失がなくなり、明るい
表示、撮像が可能になる。また、効率良く分光した光を
所定位置に集光させることができるので、カラーフィル
ター用バックライト等の各波長成分を無駄なく利用で
き、その利用効率を大幅に向上させることができる。In the present invention, since the incident light is diffracted and separated by the hologram and the light having different wavelengths is emitted to a desired position in a predetermined spatial cycle, it is not necessary to pass through the color filter, and the light is absorbed. Loss is eliminated, and bright display and imaging are possible. In addition, since the light that has been spectrally dispersed efficiently can be condensed at a predetermined position, each wavelength component of the color filter backlight or the like can be utilized without waste, and the utilization efficiency thereof can be greatly improved.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明のホログラムを用いたカラーフ
ィルターの原理と実施例について、図面を参照にして説
明する。まず、本発明のカラーフィルターの原理図を図
１、図２に示す。まず、第１に、図１において、例えば
各画素についての赤、緑、青３色成分を表すべき隣接す
る３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの繰り返しからなる液晶表
示素子１０のバックライト入射側に透過型ホログラム５
を配置する。透過型ホログラム５は、液晶表示素子１０
の１画素を構成する３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組各々
に対応して、画素と同じピッチでアレー状に構成されて
おり、各単位ホログラムは、ホログラム面にほぼ垂直に
入射する白色のバックライト３を回折して、対応する単
位ホログラムからオフセットした位置の液晶表示素子１
０の画素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。そして、ホログラム５としては、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、振幅型等のものが用いられる。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、
他の波長は回折しないタイプ（回折波長及び角度選択性
のあるホログラム）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、この波長依存性が
少ないない回折格子は、一般に、波長に応じて異なる回
折角で回折する。したがって、入射光３の波長に依存し
て単位ホログラム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５面に平行な方向に分散され
る。そのため、白色入射光３の赤の波長成分は液晶セル
Ｒの位置に、緑の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分
は液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光され、それぞれ
の成分は各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を
行う。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle and embodiments of a color filter using the hologram of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the principle of the color filter of the present invention is shown in FIGS. First, in FIG. 1, for example, in FIG. 1, for example, the backlight incident side of the liquid crystal display element 10 which is formed by repeating three adjacent liquid crystal cells R, G, and B which should represent three color components of red, green, and blue. Transparent hologram 5
To place. The transmission hologram 5 is a liquid crystal display element 10.
Corresponding to each set of three liquid crystal cells R, G, and B constituting one pixel, and each of the unit holograms is white that is incident almost perpendicularly to the hologram surface. Liquid crystal display element 1 at a position offset from the corresponding unit hologram by diffracting the backlight 3 of
It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to collect light on pixels of 0. As the hologram 5, a relief type, a phase type, an amplitude type, or the like, which has no or little wavelength dependence of diffraction efficiency, is used. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependence means that only a specific wavelength is diffracted like a Lippmann hologram.
Other wavelengths are not of the type that does not diffract (diffraction wavelength and angle-selective hologram), but those that diffract any wavelength with one diffraction grating. Generally, it diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength. Therefore, the diffraction angles of the unit holograms differ depending on the wavelength of the incident light 3, and the focusing positions for each wavelength are dispersed in the direction parallel to the surface of the hologram 5. Therefore, the red wavelength component of the white incident light 3 is diffracted at the position of the liquid crystal cell R, the green component is diffracted at the position of the liquid crystal cell G, and the blue component is diffracted at the position of the liquid crystal cell B. Color display is performed according to the states of the liquid crystal cells R, G, and B.
【００１４】このように、本発明の第１のものにおいて
は、ホログラム５の各波長による回折角度の違いを利用
して、ホログラム５の背後に配置した液晶表示素子１０
の各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する表示色の波長成分を
回折して入射するようにし、これにより、従来のバック
ライトの各波長成分を無駄なく各液晶セルへ直接入射さ
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。As described above, in the first aspect of the present invention, the liquid crystal display element 10 arranged behind the hologram 5 is utilized by utilizing the difference in the diffraction angle depending on each wavelength of the hologram 5.
The wavelength components of the display colors corresponding to the respective liquid crystal cells R, G and B are diffracted and made incident, whereby the respective wavelength components of the conventional backlight can be made to directly enter the respective liquid crystal cells without waste. Therefore, the utilization efficiency can be significantly improved.
【００１５】次に、図２を参照にして、もう一つのカラ
ーフィルターの原理を説明する。図２において、図１と
同様な液晶表示素子１０のバックライト入射側に透過型
ホログラム５′を配置する。この場合、透過型ホログラ
ム５′は、３枚のホログラム５１〜５３を重ね合わせて
なるものか、又は、３回多重記録してなるものであり、
図１の場合と同様、液晶表示素子１０の１画素を構成す
る３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、画素
と同じピッチでアレー状に構成されている。この場合、
透過型ホログラム５′は、多重記録のからなる場合も、
１回記録のものを３枚重ねた場合も、何れも、ホログラ
ム面に対して所定角度で入射する白色のバックライト３
の中の所定波長成分のみを選択的に回折してその波長が
対応する色を表示する液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ集光するよ
うに波長及び角度選択性のあるフレネルゾーンプレート
状に形成されており、ここで、波長及び角度選択性のあ
る透過型ホログラムとは、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、他の波長は回折しないで
透過させるタイプのものである。図２の場合、各単位ホ
ログラムのホログラム面にほぼ垂直に入射する白色のバ
ックライト３中の赤の波長成分は、透過型ホログラム
５′の赤色用ホログラム５１又は多重記録中の赤色用ホ
ログラムにより選択的に回折されて液晶セルＲの位置に
集光される。同様に、白色のバックライト３中の緑の波
長成分は、透過型ホログラム５′の緑色用ホログラム５
２又は多重記録中の緑色用ホログラムにより選択的に回
折されて液晶セルＧの位置に、白色のバックライト３中
の青の波長成分は、透過型ホログラム５′の青色用ホロ
グラム５３又は多重記録中の青色用ホログラムにより選
択的に回折されて液晶セルＢの位置にそれぞれ集光さ
れ、それぞれの色成分は各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に
応じた色表示を行う。Next, the principle of another color filter will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a transmission hologram 5'is arranged on the backlight incident side of the liquid crystal display element 10 similar to that shown in FIG. In this case, the transmission hologram 5'is formed by superimposing three holograms 51 to 53, or is formed by multiple recording three times.
Similar to the case of FIG. 1, each of the three liquid crystal cells R, G, and B forming one pixel of the liquid crystal display element 10 is formed in an array at the same pitch as the pixel. in this case,
Even if the transmission hologram 5'is composed of multiple recordings,
Even when three sheets of one-time recording are stacked, the white backlight 3 is incident on the hologram surface at a predetermined angle.
Is formed in the shape of a Fresnel zone plate having wavelength and angle selectivity so as to selectively diffract only a predetermined wavelength component in the liquid crystal and focus it on the liquid crystal cells R, G, B displaying the corresponding color. Here, the transmission hologram having wavelength and angle selectivity is a type in which only a specific wavelength is diffracted and other wavelengths are transmitted without being diffracted, like a Lippmann hologram. In the case of FIG. 2, the red wavelength component in the white backlight 3 which is incident almost perpendicularly to the hologram surface of each unit hologram is selected by the red hologram 51 of the transmission hologram 5'or the red hologram in multiple recording. The light is diffracted and condensed at the position of the liquid crystal cell R. Similarly, the green wavelength component in the white backlight 3 is the green hologram 5 of the transmission hologram 5 '.
2 or the blue wavelength component in the white backlight 3 is selectively diffracted by the green hologram for multiple recording and is positioned at the position of the liquid crystal cell G, and the blue hologram 53 of the transmission hologram 5'or multiple recording is in progress. Is selectively diffracted by the blue hologram and is condensed at the position of the liquid crystal cell B, and the respective color components perform color display according to the states of the liquid crystal cells R, G, and B.
【００１６】このように、本発明の第２のものにおいて
は、ホログラム５′の各成分ホログラムによる回折の波
長及び角度選択性を利用して、特定の３つの波長成分の
みをホログラム５′の出射側に配置した液晶表示素子１
０の各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する表示色の波長成分
を回折して入射するようにし、これにより、従来のバッ
クライトの各波長成分を無駄なく各液晶セルへ直接入射
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。As described above, in the second embodiment of the present invention, only the three specific wavelength components are emitted from the hologram 5'by utilizing the wavelength and angle selectivity of diffraction by each component hologram of the hologram 5 '. Liquid crystal display element 1 arranged on the side
The wavelength components of the display color corresponding to the liquid crystal cells R, G, and B of 0 are diffracted and made to enter, whereby the wavelength components of the conventional backlight can be made to directly enter the respective liquid crystal cells without waste. Therefore, the utilization efficiency can be significantly improved.
【００１７】上記の図１のものにおいては、バックライ
ト３がホログラム面にほぼ垂直に入射するものであった
が、図３に示すように、ホログラム面の法線に対して所
定の角度θをなしてバックライト３を入射させることも
できる。図の場合、法線に対して２５°で平行なバック
ライト３を入射させている。そして、図示の相対位置及
び寸法の画素に図示の角度でバックライト３の青波長
（４６０ｎｍ）、緑波長（５４５ｎｍ）、赤波長（６１
０ｎｍ）を集光回折している。In FIG. 1 described above, the backlight 3 is incident on the hologram surface almost perpendicularly, but as shown in FIG. 3, a predetermined angle θ is formed with respect to the normal line of the hologram surface. However, the backlight 3 can be made incident. In the case of the figure, the backlight 3 parallel to the normal line is incident at 25 °. Then, the blue wavelength (460 nm), the green wavelength (545 nm), and the red wavelength (61
0 nm) is condensed and diffracted.
【００１８】ところで、図１、図３のものは、液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、波長分散をするフレネ
ルゾーンプレート状のマイクロホログラムアレーを整列
して配置するものであったが、波長分散する波長依存性
の少ない回折格子の作用をする一様なホログラムとマイ
クロレンズアレーを組み合わせて、同様にホログラムの
波長分散作用を利用して、バックライトの利用効率を大
幅に向上させることができる。そのためには、図４に示
すように、液晶表示素子１０の前面に、液晶表示素子１
０の画素ピッチに対応する径のマイクロレンズ７をガラ
ス基板８上に設けてなるマイクロレンズアレー９を配置
し、マイクロレンズアレー９の液晶表示素子１０側に、
一様な干渉縞からなる波長依存性の少ない透過型ホログ
ラム５を一体に設ける。このように構成すると、マイク
ロレンズ７で集光された白色バックライト３は、透過型
ホログラム５で波長に応じて異なる角度で回折され分光
される。したがって、図１、図３の場合と同様、各波長
に対する集光位置はホログラム５面に平行な方向に分散
され、白色入射光３の赤の波長成分は液晶セルＲの位置
に、緑の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分は液晶セ
ルＢの位置にそれぞれ集光され、それぞれの色成分は各
液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を行う。この
構成においては、ホログラム５として、集光性でなく一
様な干渉縞からなる波長依存性の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５を液晶表示
素子１０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９のピッチが図１７の従来の場合の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。By the way, in FIGS. 1 and 3, the Fresnel zone plate-shaped micro-hologram arrays for wavelength dispersion are aligned and arranged corresponding to each set of liquid crystal cells R, G and B. However, by combining a uniform hologram that acts as a diffraction grating with less wavelength dependence for wavelength dispersion and a microlens array, and similarly using the wavelength dispersion effect of the hologram, the utilization efficiency of the backlight is greatly improved. Can be made. To this end, as shown in FIG. 4, the liquid crystal display element 1 is provided on the front surface of the liquid crystal display element 10.
A microlens array 9 in which a microlens 7 having a diameter corresponding to a pixel pitch of 0 is provided on a glass substrate 8 is arranged, and the microlens array 9 is provided on the liquid crystal display element 10 side.
A transmission hologram 5 having uniform wavelength fringes and having little wavelength dependence is integrally provided. According to this structure, the white backlight 3 collected by the microlens 7 is diffracted by the transmission hologram 5 at different angles depending on the wavelength and is spectrally separated. Therefore, as in the case of FIG. 1 and FIG. 3, the focusing positions for each wavelength are dispersed in the direction parallel to the surface of the hologram 5, and the red wavelength component of the white incident light 3 is located at the position of the liquid crystal cell R and the green component. Is condensed at the position of the liquid crystal cell G, the blue component is condensed at the position of the liquid crystal cell B, and the respective color components perform color display according to the states of the liquid crystal cells R, G, and B. In this configuration, since it is possible to use, as the hologram 5, a transmissive hologram having uniform interference fringes and not having a light-collecting property and having little wavelength dependence, it is not necessary to align the hologram 5 with the liquid crystal display element 10. The point is that the pitch of the microlens array 9 is three times as large as that in the conventional case shown in FIG.
【００１９】また、図２の場合は、波長及び角度選択性
のある透過型ホログラム５′は、異なる３つの波長につ
いて回折する３枚のホログラム５１〜５３を重ね合わせ
てなるもの、又は、３回多重記録してなるものであった
が、これを２つの波長からなるものにすることもでき
る。図５にその場合の構成を示す。この場合は、波長及
び角度選択性のある回折格子の作用をする一様なホログ
ラムとマイクロレンズアレーを組み合わせて、図２の場
合と同様に、回折の波長及び角度選択性を利用して、バ
ックライトの利用効率を大幅に向上させることができる
もので、図５において、液晶表示素子１０の前面には、
液晶表示素子１０の画素ピッチに対応する径のマイクロ
レンズ７をガラス基板８上に設けてなるマイクロレンズ
アレー９が配置されており、マイクロレンズアレー９の
液晶表示素子１０側には、波長及び角度選択性のある一
様な干渉縞からなる青色用ホログラム５３、赤色用ホロ
グラム５１が一体に設けられている。このように構成す
ると、マイクロレンズ７で集光された白色バックライト
３中の青の波長成分の大部分は青色用ホログラム５３に
より回折されて液晶セルＢの位置に集光し、赤の波長成
分の大部分は赤色用ホログラム５１により回折されて液
晶セルＲの位置に集光し、また、ホログラム５′により
回折されない緑の成分は、ホログラム５３、５１を直進
通過して、液晶セルＧの位置に集光する。したがって、
白色入射光３の赤の波長成分は液晶セルＲの位置に、緑
の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分は液晶セルＢの
位置にそれぞれ集光され、それぞれの色成分は各液晶セ
ルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を行う。この構成に
おいては、ホログラム５１、５３として、集光性のない
一様な干渉縞からなる波長及び角度選択性のあるホログ
ラムを用いることができるため、ホログラム５１、５３
を液晶表示素子１０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９のピッチが図１７の従来の
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。In the case of FIG. 2, the transmission hologram 5'having wavelength and angle selectivity is formed by stacking three holograms 51 to 53 diffracting on three different wavelengths, or three times. Although it is formed by multiple recording, it may be formed by two wavelengths. FIG. 5 shows the configuration in that case. In this case, a uniform hologram acting as a diffraction grating having wavelength and angle selectivity is combined with a microlens array, and as in the case of FIG. The efficiency of use of the light can be greatly improved. In FIG. 5, the front surface of the liquid crystal display element 10 is
A microlens array 9 in which a microlens 7 having a diameter corresponding to the pixel pitch of the liquid crystal display element 10 is provided on a glass substrate 8 is arranged. The microlens array 9 has a wavelength and an angle on the liquid crystal display element 10 side. A blue hologram 53 and a red hologram 51, which are formed of uniform selective interference fringes, are integrally provided. According to this structure, most of the blue wavelength component in the white backlight 3 collected by the microlens 7 is diffracted by the blue hologram 53 and condensed at the position of the liquid crystal cell B, and the red wavelength component is collected. Is mostly diffracted by the red hologram 51 and condensed at the position of the liquid crystal cell R, and the green component not diffracted by the hologram 5'passes straight through the holograms 53 and 51 to reach the position of the liquid crystal cell G. Focus on. Therefore,
The red wavelength component of the white incident light 3 is focused on the position of the liquid crystal cell R, the green component is focused on the position of the liquid crystal cell G, the blue component is focused on the position of the liquid crystal cell B, and the respective color components are focused on the respective liquid crystals. Color display is performed according to the states of the cells R, G, and B. In this configuration, holograms 51 and 53 having wavelength and angle selectivity, which are uniform interference fringes having no light converging property, can be used. Therefore, the holograms 51 and 53 can be used.
Is not required to be aligned with the liquid crystal display element 10, and the pitch of the microlens array 9 is three times as large as that in the conventional case of FIG. 17, so that it is easy to fabricate and align.
【００２０】次に、上記のようなホログラム５又は５′
からなるカラーフィルターを組み込んだ液晶表示装置の
１例について、図６を参照にして説明する。液晶表示素
子１０は、例えば２枚のガラス基板１１、１１の間に挟
持されたツイストネマチック等の液晶層１５からなり、
一方のガラス基板１１内表面には一様な透明対向電極１
２が設けられ、他方のガラス基板１１内表面には液晶セ
ルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明表示電極１３が設けられ、
透明表示電極１３間には、液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ間を区切
り、迷光が隣接する液晶セルに入らないようにするブラ
ックマトリックス１４が配置されている。したがって、
セル毎に透明表示電極１３と透明表示電極１３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、一組の液晶セルＲ、Ｇ、Ｂからなる画素の表示色を
制御することができ、カラー表示が可能になる。観察側
ののガラス基板１１外表面には偏光板１６が貼り付けら
れ、バックライト３入射側のガラス基板１１外表面には
拡散板１７が貼り付けられている。そして、このような
液晶表示素子１０の入射側には、図１〜図５を用いて説
明した何れかの分光ホログラム５又は５′が配置されて
おり、この例の場合、その入射側にもう一方の偏光板１
８が、その透過軸が例えば偏光板１６の透過軸と直交す
るように配置されている。Next, the hologram 5 or 5'as described above.
An example of a liquid crystal display device incorporating a color filter made of will be described with reference to FIG. The liquid crystal display element 10 includes, for example, a liquid crystal layer 15 such as twisted nematic sandwiched between two glass substrates 11 and 11,
A uniform transparent counter electrode 1 is formed on the inner surface of one glass substrate 11.
2 is provided, and the transparent display electrode 13 is independently provided for each of the liquid crystal cells R, G, B on the inner surface of the other glass substrate 11,
A black matrix 14 is disposed between the transparent display electrodes 13 so as to separate the liquid crystal cells R, G and B so that stray light does not enter the adjacent liquid crystal cells. Therefore,
To control the display color of the pixel composed of a set of liquid crystal cells R, G, B by controlling the voltage applied between the transparent display electrodes 13 and the transparent display electrode 13 for each cell to change the transmission state thereof. It is possible to display in color. A polarizing plate 16 is attached to the outer surface of the glass substrate 11 on the observation side, and a diffusion plate 17 is attached to the outer surface of the glass substrate 11 on the incident side of the backlight 3. Then, any one of the spectral holograms 5 or 5 ′ described with reference to FIGS. 1 to 5 is arranged on the incident side of such a liquid crystal display element 10. In this example, the spectral hologram 5 or 5 ′ is already arranged on the incident side. One polarizing plate 1
8 is arranged so that its transmission axis is orthogonal to the transmission axis of the polarizing plate 16, for example.
【００２１】このような配置であるので、白色バックラ
イト３は、偏光板１８を通って直線偏光に変えられ、波
長依存性の少ないホログラム５又は波長及び角度選択性
のあるホログラム５′によってその中の赤成分は液晶セ
ルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は
液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、拡散板１７によ
り拡散されて、それぞれの色成分は対応する液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回
転されて通過し、他方の偏光板１８によりその状態が強
度変調された光として顕在化し、観察者の眼に達する。
３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組を１つの画素とし、その
中の通過波長成分の割合によって異なる色の画素として
表示される。With this arrangement, the white backlight 3 is converted into linearly polarized light through the polarizing plate 18, and the hologram 5 having less wavelength dependence or the hologram 5'having wavelength and angle selectivity is used. The red component is condensed to the position of the liquid crystal cell R, the green component is condensed to the position of the liquid crystal cell G, and the blue component is condensed to the position of the liquid crystal cell B, and diffused by the diffuser 17 to correspond the respective color components. The light enters the liquid crystal cells R, G, and B, the plane of polarization is rotated and passes according to the transmission state, and the state is manifested as light whose intensity is modulated by the other polarizing plate 18, and reaches the observer's eyes. .
A set of three liquid crystal cells R, G, and B is set as one pixel, and is displayed as a pixel of a different color depending on the ratio of the passing wavelength component therein.
【００２２】なお、図６において、拡散板１７の配置位
置は、液晶表示素子１０の入射側でなく観察側であって
もよく、また、拡散度合いを高めるために、拡散板１７
の代わりにフレネルレンズとレンチキュラーレンズの組
み合わせからなるものを用いてもよい。また、偏光板１
８はホログラム５又は５′と液晶表示素子１０の間に配
置してもよい。さらに、ブラックマトリックス１４は、
迷光が隣接する液晶セルに入らないようにすると共に、
ホログラム５又は５′によって液晶セル間に入射する
Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の波長の光をカットして、コントラスト
と彩度を上げるためのものであるが、省いてもよい。In FIG. 6, the diffusion plate 17 may be arranged on the observation side instead of the incident side of the liquid crystal display element 10. Further, in order to increase the degree of diffusion, the diffusion plate 17 may be arranged.
Instead of, a combination of a Fresnel lens and a lenticular lens may be used. In addition, the polarizing plate 1
8 may be arranged between the hologram 5 or 5 ′ and the liquid crystal display element 10. Furthermore, the black matrix 14
Prevent stray light from entering adjacent liquid crystal cells,
The hologram 5 or 5'is used to cut off the light of wavelengths other than R, G, and B entering between the liquid crystal cells to increase contrast and saturation, but it may be omitted.
【００２３】次に、上記のようなアレー状の集光性ホロ
グラム５及び５′の作製方法の例について説明する。そ
の第１は、本発明によるアレー状のホログラムの各微小
ホログラムを２光束干渉撮影により作製するものでり、
図７は、その１例として図３のようにバックライト３を
ホログラム５の法線に対して所定の角度をなして入射さ
せるものの撮影光学系を示すものであり、ホログラム感
材２２に対してほぼ垂直に収束レンズ２３からの集光光
束２４を、また、感材２２の法線に対して所定の角度θ
にほぼ等しい角度で平行光束２５を入射させて感材２２
中で両者を干渉させて１つの微小ホログラムを撮影し、
次いで液晶表示素子１０の画素ピッチＬ分だけ感材２２
を相対的に移動させて隣接する微小ホログラムを同様に
撮影し、これと同様にステップ・アンド・リピートして
ホログラム感材２２面全体にアレー状のホログラムを撮
影し、感材２２を現像して集光性ホログラム５又は５′
を作製することができる。集光光束２４と平行光束２５
とは、同一光源からの光をビームスプリッター等により
２分割したもので、相互に可干渉な光である。なお、ス
テップ・アンド・リピートの代わりに、同様な複数組の
撮影光学系を並列配置して同時に複数の微小ホログラム
を撮影するようにすることもできる。Next, an example of a method of manufacturing the array-shaped light-collecting holograms 5 and 5'as described above will be described. Firstly, each minute hologram of the array hologram according to the present invention is produced by two-beam interference imaging,
FIG. 7 shows, as an example thereof, an image pickup optical system in which the backlight 3 is incident at a predetermined angle with respect to the normal line of the hologram 5 as shown in FIG. The condensed light beam 24 from the converging lens 23 is almost perpendicular to the normal line of the photosensitive material 22, and a predetermined angle θ.
The parallel light beam 25 at an angle substantially equal to
I made them interfere with each other and photographed one minute hologram,
Next, the photosensitive material 22 is formed by the pixel pitch L of the liquid crystal display element 10.
Are moved relative to each other to photograph adjacent minute holograms in the same manner, and step and repeat are performed in the same manner to photograph an array of holograms on the entire surface of the hologram photosensitive material 22, and the photosensitive material 22 is developed. Light-collecting hologram 5 or 5 '
Can be produced. Focused light beam 24 and parallel light beam 25
Is light that is emitted from the same light source and is split into two by a beam splitter or the like, which are mutually coherent lights. Instead of step-and-repeat, a plurality of similar photographing optical systems may be arranged in parallel to photograph a plurality of minute holograms at the same time.
【００２４】図７の場合は、集光光束２４と平行光束２
５とを所定角度でホログラム感材２２中に入射させて干
渉させて微小ホログラムを撮影する例であったが、図８
に示すように、発散光束２６と平行光束２５とを所定角
度θでホログラム感材２２中に入射させて干渉させて１
個の微小ホログラムを撮影し、同様にステップ・アンド
・リピートしてアレー状のホログラム５及び５′を作製
することもできる。この場合は、ホログラムに入射する
バックライト３は撮影の時とは反対の方向から入射させ
る。In the case of FIG. 7, the condensed light beam 24 and the parallel light beam 2
5 and 5 are made to enter the hologram photosensitive material 22 at a predetermined angle and interfere with each other to photograph a minute hologram.
, The divergent light beam 26 and the parallel light beam 25 are incident on the hologram photosensitive material 22 at a predetermined angle θ to cause interference.
It is also possible to photograph individual minute holograms and similarly perform step-and-repeat to produce array-shaped holograms 5 and 5 '. In this case, the backlight 3 incident on the hologram is incident from the direction opposite to that at the time of photographing.
【００２５】もう１つの上記のようなアレー状の集光性
ホログラム５及び５′の作製方法の例について説明す
る。この製造方法の基本は、アレー状の微小ホログラム
からなるホログラム５及び５′のホログラム干渉縞を計
算機によって計算し、例えば電子線レジスト上へ電子ビ
ームによって描画し、現像して、計算機ホログラム（Ｃ
ＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌ
ｏｇｒａｍ）２７を作製する。次に、このようにして作
製した計算機ホログラム２７を、図９に示すように、ホ
ログラム感材２２に密着させるか若干ギャップをおいて
重ね合わせ、計算機ホログラム２７側からバックライト
３（図１）に相当するレーザー光２９を入射させ、計算
機ホログラム２７によって生じる集光回折光３０と直進
透過光３１とをホログラム感材２２中で干渉させ、複製
する。このような複製によるホログラムをアレー状の集
光性ホログラム５、５′として用いるか、又は、その複
製品を原版として、さらに同様に複製したものをアレー
状の集光性ホログラム５、５′として用いる。Another example of the method for producing the array-shaped light-collecting holograms 5 and 5'as described above will be described. The basis of this manufacturing method is to calculate the hologram interference fringes of the holograms 5 and 5'comprising array-shaped minute holograms by a computer, draw on an electron beam resist by an electron beam, develop, and develop the computer generated hologram (C
GH: Computer Generated Hol
ogram) 27 is produced. Next, as shown in FIG. 9, the computer generated hologram 27 thus produced is brought into close contact with the hologram photosensitive material 22 or overlapped with a slight gap, and the computer generated hologram 27 side is changed to the backlight 3 (FIG. 1). Corresponding laser light 29 is made incident, and the condensed diffracted light 30 generated by the computer generated hologram 27 and the linearly transmitted light 31 are caused to interfere in the hologram photosensitive material 22 to be duplicated. A hologram obtained by such duplication is used as the array-shaped light-collecting holograms 5 and 5 ', or a copy of the hologram is used as an original plate, and a similarly duplicated product is used as the array-shaped light-collecting holograms 5 and 5'. To use.
【００２６】このように、計算機ホログラム２７を作製
し、次いでその複製を光学的に作製するようにすると、
液晶表示装置等の微細な画素に対応するアレー状のホロ
グラムを正確に容易に描画することができると共に、複
製によりアレー状のホログラムの回折効率を向上させる
ことができる。なお、このような複製の代わりに、紫外
線硬化樹脂等の光硬化性樹脂を計算機ホログラム２７の
レリーフ面に塗布し、その樹脂に紫外線等の光を照射し
て硬化させ、いわゆる２Ｐ法によりレリーフホログラム
として複製し、それをホログラム５、５′として用いる
か、又は、その複製品を原版として、さらに同様に複製
したものをホログラム５、５′として用いるようにする
こともできる。In this way, when the computer generated hologram 27 is produced and then a duplicate thereof is optically produced,
It is possible to accurately and easily draw an array hologram corresponding to fine pixels of a liquid crystal display device or the like, and improve the diffraction efficiency of the array hologram by duplication. Instead of such duplication, a photocurable resin such as an ultraviolet curable resin is applied to the relief surface of the computer generated hologram 27, and the resin is irradiated with light such as ultraviolet rays to be cured, and the relief hologram is formed by the so-called 2P method. Alternatively, the hologram 5 and 5'can be used as the hologram 5, or the hologram 5 and 5'can be used. Alternatively, a duplicate of the hologram 5 and 5'can be used as the hologram 5 and 5 '.
【００２７】ここで、１つの具体例として、図７の作製
方法において、感材２２の感光材料としてフォトポリマ
ー（デュポン社 オムニデックス３５２）の膜厚１０μ
ｍ、屈折率差Δｎ０．０３のものを用い、光源として波
長５１４．５ｎｍ、アルゴン５Ｗレーザー（スペクトラ
フィジック社製 モデルＳＰ２０２０−０５５）を電流
３０Ａ、出力０．１Ｗの５１４．５ｎｍシングルモード
状態で用い、集光光束２４として、焦点距離１０６ｍｍ
の収束レンズ２３であって、その光軸が感材２２の法線
に対し０．６８°の角度をなし、感材２２を通しその背
後の厚さ１．０ｍｍの基板ガラス２１の背面上に焦点が
位置する収束レンズ２３によって集光される光を用い、
平行光束２５として、感材２２の法線に対して同じ側に
２４．３°の角度をなす平行光を用いて、以下の記録条
件で撮影及び後処理条件で後処理して作製した。Here, as one specific example, in the manufacturing method of FIG. 7, a film thickness of 10 μm of a photopolymer (Omnidex 352 manufactured by DuPont) is used as a photosensitive material of the photosensitive material 22.
m, refractive index difference Δn0.03, wavelength 514.5 nm, Argon 5W laser (Spectra Physics model SP2020-055) was used in a 514.5 nm single mode state with a current of 30 A and an output of 0.1 W. , The focal length of the condensed light beam 24 is 106 mm
Of the converging lens 23, whose optical axis forms an angle of 0.68 ° with respect to the normal line of the photosensitive material 22, and which passes through the photosensitive material 22 and is on the back surface of the substrate glass 21 having a thickness of 1.0 mm behind it. Using the light condensed by the converging lens 23 where the focal point is located,
As the parallel light flux 25, parallel light having an angle of 24.3 ° on the same side with respect to the normal line of the light-sensitive material 22 was used, and shooting was performed under the following recording conditions and post-processing was performed under post-processing conditions.
【００２８】 記録条件：物体光強度（乾板面上）：０．５ｍＷ／ｃｍ２ 参照光強度（乾板面上）：０．５ｍＷ／ｃｍ２ 計 ：１．０ｍＷ／ｃｍ2 撮影時間 ：４０秒 露光量 ：４０ｍＪ／ｃｍ2 後処理条件：紫外線照射 ：１０分、１００ｍＪ／ｃｍ2 加熱 ：１２０℃、２時間 ホログラム寸法 ：縦４８ｍｍ×横３００μｍ（ストライプ 状） これらの条件下において作製したホログラム５の回折効
率を分光測定器（島津（株）製 Recording Spectoroph
otometerＵＶ３６５）によって測定したところ、カラー
表示の液晶表示装置の各中心波長である下記の波長にお
いて次のような結果が得られた。The recording condition: the object light intensity (on dry plate surface): 0.5 mW / cm 2 the reference light intensity (on dry plate surface): 0.5 mW / cm 2 gauge: 1.0 mW / cm 2 exposure time: 40 seconds exposure Amount: 40 mJ / cm 2 Post-treatment condition: Ultraviolet irradiation: 10 minutes, 100 mJ / cm 2 heating: 120 ° C., 2 hours Hologram size: Vertical 48 mm × horizontal 300 μm (striped) Diffraction of hologram 5 produced under these conditions Efficiency is measured by a spectrophotometer (Shimadzu Corporation Recording Spectoroph)
When measured with an otometer UV 365), the following results were obtained at the following central wavelengths of the liquid crystal display device for color display.
【００２９】 青色（４６０ｎｍ）：７３％ 緑色（５４５ｎｍ）：９８％ 赤色（６１０ｎｍ）：９１％ 次に、このホログラム５を用いて、図１０に示すような
配置で実際のバックライト利用効率の向上度の確認実験
を行った。使用する装置として、バックライト３に、メ
タルハライドランプ（岩崎電気（株）製）３３を用い、
このランプ３３に放物面鏡３４を組み合わせ、平行光３
５をホログラム５に照射させるようになっている。この
平行光３５の平行度は、中心角度から約±５°の範囲に
納まっているものである。ホログラム５による分光光で
照明する液晶表示素子１０として、従来のＴＦＴ液晶表
示装置用のものを用いた。なお、この実験では、拡散板
は使用していない。Blue (460 nm): 73% Green (545 nm): 98% Red (610 nm): 91% Next, using this hologram 5, the actual backlight utilization efficiency is improved by the arrangement shown in FIG. A confirmation experiment was performed. As a device to be used, a metal halide lamp (manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) 33 is used for the backlight 3.
This lamp 33 is combined with a parabolic mirror 34 to produce parallel light 3
The hologram 5 is irradiated with the hologram 5. The parallelism of the parallel light 35 is within the range of about ± 5 ° from the central angle. As the liquid crystal display element 10 for illuminating with the spectroscopic light from the hologram 5, a conventional TFT liquid crystal display device was used. In this experiment, no diffuser plate was used.
【００３０】このような系において、バックライトの利
用効率を測定した。使用した測定装置は、色彩輝度計
（トプコン（株）製 モデルＢＭ−５）である。比較に
ために使用した従来型液晶表示装置用のカラーフィルタ
ーの仕様は、下記の通りである。In such a system, the utilization efficiency of the backlight was measured. The measuring device used was a color luminance meter (Model BM-5 manufactured by Topcon Corp.). The specifications of the color filter for the conventional liquid crystal display device used for comparison are as follows.
【００３１】 開口率 ：各セルにつき３５％ カラーフィルターの透過率：Ｒ：６７％ Ｇ：６５％ Ｂ：６３％ カラーフィルターの寸法 ：対角３インチ（画素数６４
０×４８０） 従来型との比較のため、カラーフィルター以外のバック
ライト照射装置は、同じものを使用した。双方の系での
バックライト利用効率を測定し、それらを比較した結果
は、次の表−１、表−２の通りである。Aperture ratio: 35% per cell Color filter transmittance: R: 67% G: 65% B: 63% Color filter dimensions: Diagonal 3 inches (64 pixels)
0 × 480) For comparison with the conventional type, the same backlight irradiation device other than the color filter was used. The results of comparing the backlight utilization efficiencies in both systems and comparing them are shown in Tables 1 and 2 below.
【００３２】 [0032]
【００３３】なお、以上においては、本発明のホログラ
ム５又は５′を用いたカラーフィルターを直視用の液晶
表示装置に適用するものとして説明してきたが、図１１
に示すように、液晶表示素子１０と観察者の間に投影レ
ンズ３７と結像用スクリーン３８を配置して、液晶表示
素子１０を拡大投影して表示する液晶プロジェクターと
して用いることもできる。In the above description, the color filter using the hologram 5 or 5'of the present invention is applied to the liquid crystal display device for direct view, but FIG.
As shown in, the projection lens 37 and the image forming screen 38 are arranged between the liquid crystal display element 10 and the observer, and the liquid crystal display element 10 can be used as a liquid crystal projector for enlarging and displaying.
【００３４】ところで、以上のようなカラーフィルター
として用いるホログラム５又は５′は、撮影時の条件通
りにバックライト３を入射させて再生した場合に、その
回折効率、回折角等の性能を十分発揮することができ
る。しかしながら、再生の条件が撮影時と異なってくる
と、その性能は急激に低下してしまう。このため、散乱
光である従来型の照明光では、ホログラム５、５′の使
用の効果は小さくなってしまう。By the way, the hologram 5 or 5'used as a color filter as described above sufficiently exhibits its diffraction efficiency, diffraction angle, etc., when reproduced by making the backlight 3 incident under the conditions of photographing. can do. However, if the reproduction condition is different from that at the time of shooting, the performance will be sharply reduced. For this reason, the effect of using the holograms 5 and 5'is reduced with the conventional illumination light that is scattered light.
【００３５】そのため、次に説明するような均一な面発
光の平行光が照射可能な照明装置を用いて、例えば、撮
影時に平行光を参照光として用いるホログラムの再生時
の効率を高める。図１２はその１例の照明装置の構成を
示す図であり、液晶表示素子１０の３色用の液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂの組からなる各画素に位置合わせされて、図
１、２等に示したような分光作用をするホログラム５
（又は５′）がバックライト３入射側に配置されてい
る。ホログラム５の入射側には、微小ホログラムアレー
に対応するピッチの微小凸レンズアレー４１が配置さ
れ、図１３に部分拡大図を示すように、微小凸レンズア
レー４１を構成する各微小凸レンズ４２の焦点位置に
は、光ファイバー４３の一方の端部が取り付けられてい
る。なお、各微小凸レンズ４２の焦点面の光ファイバー
４３の端部以外の面は、遮光膜４４で覆い、外光が入射
しないようになっている。各微小凸レンズ４２に対応す
る光ファイバー４３の他方の端は一体に束ねられ、メタ
ルハライドランプ等からなる光源４５に対向して取り付
けられている。Therefore, by using an illumination device capable of irradiating parallel light of uniform surface emission as described below, for example, the efficiency at the time of reproducing a hologram using parallel light as reference light at the time of photographing is increased. FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the illuminating device as one example thereof, which is aligned with each pixel composed of a set of liquid crystal cells R, G, and B for three colors of the liquid crystal display element 10, and FIG. Hologram 5 that has a spectral function as shown in
(Or 5 ') is arranged on the incident side of the backlight 3. A minute convex lens array 41 having a pitch corresponding to the minute hologram array is arranged on the incident side of the hologram 5, and as shown in a partially enlarged view in FIG. 13, at the focal position of each minute convex lens 42 constituting the minute convex lens array 41. Is attached to one end of the optical fiber 43. The surface of the focal plane of each micro-convex lens 42 other than the end portion of the optical fiber 43 is covered with a light-shielding film 44 to prevent outside light from entering. The other ends of the optical fibers 43 corresponding to the respective micro-convex lenses 42 are bundled together and attached so as to face a light source 45 such as a metal halide lamp.
【００３６】このような構成において、光源４５から出
た照明光は、各光ファイバー４３の他方の端部に入射
し、光ファイバー４３中をガイドされて一方の端部に導
かれ、図１３に示すように、光ファイバー４３の一方の
端部を２次点光源にしてその端部から出た発散光は、微
小凸レンズ４２のレンズ面で平行光３に変換され、ホロ
グラム５の対応する微小ホログラムに入射し、ここで分
光された赤成分、緑成分、青成分の光は液晶セルＲ、
Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表示を行う。このよう
に、ホログラム５が撮影時の条件通りに平行光で照射さ
れるので、その回折効率及び分光特性が十分発揮され、
照明光の高い利用効率が得られる。In such a structure, the illumination light emitted from the light source 45 is incident on the other end of each optical fiber 43, guided through the optical fiber 43 and guided to one end, as shown in FIG. In addition, the divergent light emitted from one end of the optical fiber 43 as a secondary point light source is converted into parallel light 3 by the lens surface of the minute convex lens 42 and is incident on the corresponding minute hologram of the hologram 5. , The red, green, and blue components of the light that are spectrally separated are the liquid crystal cell R,
It is incident on G and B, and bright color display is performed. In this way, since the hologram 5 is irradiated with parallel light according to the conditions at the time of shooting, its diffraction efficiency and spectral characteristics are sufficiently exhibited,
High utilization efficiency of illumination light can be obtained.
【００３７】次に、光ファイバーの代わりに導波路を用
いる例について説明する。図１４の断面図及び図１５の
要部斜視図に示すように、微小凸レンズアレー４１の背
後に開口マスク４６を配置し、その背後に反射板４９で
裏打ちされた導波路４８を配置する。開口マスク４６
は、微小凸レンズアレー４１を構成する各微小凸レンズ
４２の焦点位置に微小な開口４７を有し、それ以外は遮
光性で導波路４８側が反射面になっている。そして、導
波路４８の１側面が光源４５に対向して取り付けられて
おり、光源４５からの照明光は導波路４８のこの対向す
る側面から導波路４８に入り、反射板４９と開口マスク
４６の反射面との間で多重反射して導波路４８中をガイ
ドされるが、その間開口マスク４６の開口４７から一部
の光が漏れる。この開口４７が２次点光源になってそこ
から出た発散光は、微小凸レンズ４２のレンズ面で平行
光３に変換され、ホログラム５の対応する微小ホログラ
ムに入射し、ここで分光された赤成分、緑成分、青成分
の光は液晶セルＲ、Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表
示を行う。この場合も、ホログラム５は撮影時の条件通
りに平行光で照射されるので、その回折効率及び分光特
性が十分発揮され、照明光の高い利用効率が得られる。Next, an example of using a waveguide instead of an optical fiber will be described. As shown in the cross-sectional view of FIG. 14 and the perspective view of the main part of FIG. 15, an aperture mask 46 is arranged behind the micro-convex lens array 41, and a waveguide 48 lined with a reflection plate 49 is arranged behind it. Opening mask 46
Has a minute opening 47 at the focal position of each minute convex lens 42 forming the minute convex lens array 41, and is otherwise light-shielding and has a reflecting surface on the side of the waveguide 48. Then, one side surface of the waveguide 48 is attached so as to face the light source 45, and the illumination light from the light source 45 enters the waveguide 48 from the facing side surface of the waveguide 48, and the illumination light of the reflection plate 49 and the opening mask 46 is provided. While being guided in the waveguide 48 by being multiple-reflected with respect to the reflecting surface, a part of light leaks from the opening 47 of the opening mask 46 during that time. The divergent light emitted from the aperture 47 serving as a secondary point light source is converted into parallel light 3 by the lens surface of the minute convex lens 42, is incident on the corresponding minute hologram of the hologram 5, and is dispersed there. The light of the component, the green component, and the blue component are incident on the liquid crystal cells R, G, and B, and bright color display is performed. Also in this case, since the hologram 5 is irradiated with parallel light according to the conditions at the time of shooting, its diffraction efficiency and spectral characteristics are sufficiently exhibited, and high utilization efficiency of illumination light is obtained.
【００３８】なお、図１４、図１５は液晶セルＲ、Ｇ、
Ｂが正方形、円等の等方的な形状の場合であるが、これ
がストライプ状の細長いものの場合、開口はその長さに
等しいスリット形状にする必要がある。その場合の要部
斜視図を図１６に示す。この場合は、微小凸レンズアレ
ーの代わりに、ストライプの方向に母線を有し、その長
さに等しい長さの微小円筒レンズからなる微小円筒レン
ズアレー４１′を用い、開口マスク４６′は各微小円筒
レンズの焦線位置にスリトット開口４７′を有するよう
にする。その他は図１４、図１５の場合と同様である。14 and 15, the liquid crystal cells R, G,
This is the case where B is an isotropic shape such as a square or a circle, but when this is a striped elongated shape, the opening needs to have a slit shape equal to its length. FIG. 16 shows a perspective view of a main part in that case. In this case, instead of the micro-convex lens array, a micro-cylindrical lens array 41 ′ having a generatrix in the direction of the stripe and consisting of micro-cylindrical lenses having a length equal to the length is used, and the aperture mask 46 ′ is used for each micro-cylinder. The slit aperture 47 'is provided at the focal line position of the lens. Others are the same as in the case of FIGS.
【００３９】以上、本発明のホログラムを用いたカラー
フィルターをいくつかの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。例えば、液晶表示装置と同様に、１画素を構
成する３つの光検出器の前に３原色のカラーフィルター
を配置してカラー画像を撮像するＣＣＤ等の撮像素子に
本発明のホログラムを用いたカラーフィルターを適用す
ることもできる。The color filter using the hologram of the present invention has been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. For example, like a liquid crystal display device, a color filter using the hologram of the present invention is used as an image pickup device such as a CCD for picking up a color image by arranging color filters of three primary colors in front of three photodetectors forming one pixel. You can also apply filters.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムを用いたカラーフィルターによると、入射
光をホログラムにより回折分光して所定の空間的な周期
で異なる波長の光を所望の位置に出射するので、カラー
フィルターを通過させなくてもよくなり、吸収による損
失がなくなり、明るい表示、撮像が可能になる。また、
効率良く分光した光を所定位置に集光させることができ
るので、カラーフィルター用バックライト等の各波長成
分を無駄なく利用でき、その利用効率を大幅に向上させ
ることができる。As is apparent from the above description, according to the color filter using the hologram of the present invention, the incident light is diffracted and separated by the hologram, and the light having different wavelengths at a predetermined spatial period is moved to a desired position. Since it does not pass through the color filter, the loss due to absorption is eliminated, and bright display and image pickup are possible. Also,
Since the light that has been spectrally dispersed efficiently can be condensed at a predetermined position, each wavelength component of the color filter backlight or the like can be utilized without waste, and the utilization efficiency thereof can be greatly improved.
【００４１】さらに、このようなホログラムを用いたカ
ラーフィルターを液晶表示装置、撮像装置等に用いるこ
とにより、部品であるカラーフィルターが必要なくな
り、また、バックライト等を小型、低出力のものに変更
できるため、製造コストの低減、信頼性の向上等を図る
ことができる。Furthermore, by using a color filter using such a hologram in a liquid crystal display device, an image pickup device, etc., a color filter as a component is not necessary, and the backlight or the like is changed to a small one with a small output. Therefore, the manufacturing cost can be reduced and the reliability can be improved.
【図１】本発明の第１のホログラムを用いたカラーフィ
ルターの原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a color filter using a first hologram of the present invention.
【図２】本発明の第２のものの原理を説明するための図
である。FIG. 2 is a diagram for explaining a second principle of the present invention.
【図３】図１の変形の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a modification of FIG.
【図４】図１の別の変形の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of another modification of FIG.
【図５】図２の変形の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a modified configuration of FIG.
【図６】本発明によるカラーフィルターを組み込んだ液
晶表示装置の１例の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of a liquid crystal display device incorporating a color filter according to the present invention.
【図７】図３のホログラムの撮影光学系を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a photographic optical system of the hologram of FIG.
【図８】図３のホログラムの別の撮影光学系を示す図で
ある。8 is a diagram showing another photographing optical system of the hologram of FIG.
【図９】本発明によるホログラムの別の作製方法を説明
するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining another method for producing a hologram according to the present invention.
【図１０】本発明によるホログラムのバックライト利用
効率の向上度を確認するための配置を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an arrangement for confirming the degree of improvement in the backlight utilization efficiency of the hologram according to the present invention.
【図１１】本発明によるホログラムを液晶プロジェクタ
ーに用いる場合の配置を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an arrangement when the hologram according to the present invention is used in a liquid crystal projector.
【図１２】液晶表示装置用照明装置の１例の構成を示す
図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an example of a lighting device for a liquid crystal display device.
【図１３】図１２の部分拡大図である。13 is a partially enlarged view of FIG.
【図１４】別の液晶表示装置用照明装置の断面図であ
る。FIG. 14 is a cross-sectional view of another lighting device for a liquid crystal display device.
【図１５】別の液晶表示装置用照明装置の要部斜視図で
ある。FIG. 15 is a perspective view of a main part of another illumination device for a liquid crystal display device.
【図１６】図１４の変形例の要部斜視図である。FIG. 16 is a perspective view of a main part of the modified example of FIG.
【図１７】従来の液晶表示装置の照明方法を説明するた
めの図である。FIG. 17 is a diagram for explaining a conventional illumination method for a liquid crystal display device.
Ｒ、Ｇ、Ｂ…液晶セル ３…バックライト ５、５′…透過型ホログラム ７…マイクロレンズ ８…ガラス基板 ９…マイクロレンズアレー １０…液晶表示素子 １１…ガラス基板 １２…透明対向電極 １３…透明表示電極 １４…ブラックマトリックス １５…液晶層 １６、１８…偏光板 １７…拡散板 ２１…基板ガラス ２２…ホログラム感材 ２３…収束レンズ ２４…集光光束 ２５…平行光束 ２６…発散光束 ２７…計算機ホログラム ２９…レーザー光 ３０…集光回折光 ３１…直進透過光 ３３…メタルハライドランプ ３４…放物面鏡 ３５…平行光 ３７…投影レンズ ３８…結像用スクリーン ４１…微小凸レンズアレー ４２…微小凸レンズ ４３…光ファイバー ４４…遮光膜 ４５…光源 ４６…開口マスク ４７…開口 ４８…導波路 ４９…反射板 ４１′…微小円筒レンズアレー ４６′…開口マスク ４７′…スリトット開口 ５１…赤色用ホログラム ５２…緑色用ホログラム ５３…青色用ホログラム R, G, B ... Liquid crystal cell 3 ... Backlight 5, 5 '... Transmissive hologram 7 ... Microlens 8 ... Glass substrate 9 ... Microlens array 10 ... Liquid crystal display element 11 ... Glass substrate 12 ... Transparent counter electrode 13 ... Transparent Display electrode 14 ... Black matrix 15 ... Liquid crystal layer 16, 18 ... Polarizing plate 17 ... Diffusing plate 21 ... Substrate glass 22 ... Holographic photosensitive material 23 ... Converging lens 24 ... Converging light beam 25 ... Parallel light beam 26 ... Diverging light beam 27 ... Computer hologram 29 ... Laser light 30 ... Focused diffracted light 31 ... Straight transmitted light 33 ... Metal halide lamp 34 ... Parabolic mirror 35 ... Parallel light 37 ... Projection lens 38 ... Imaging screen 41 ... Micro convex lens array 42 ... Micro convex lens 43 ... Optical fiber 44 ... Shading film 45 ... Light source 46 ... Opening mask 47 ... Opening 48 ... Waveguide 49 ... Reflector 41 '... Micro cylindrical lens array 46' ... Aperture mask 47 '... Slitt aperture 51 ... Red hologram 52 ... Green hologram 53 ... Blue hologram
Claims (10)
所定の空間的な周期で異なる波長の光を所望の位置に出
射することを特徴とするホログラムを用いたカラーフィ
ルター。1. A color filter using a hologram, characterized in that incident light is diffracted and separated by a hologram to emit light having different wavelengths at a predetermined spatial period to a desired position.
がないかもしくは少ない集光性単位ホログラムをアレー
状に配置してなるものであることを特徴とする請求項１
記載のホログラムを用いたカラーフィルター。2. The hologram is formed by arranging light-collecting unit holograms having no or little diffraction efficiency wavelength dependency in an array.
Color filter using the described hologram.
依存性がないかもしくは少ない干渉縞からなり、前記ホ
ログラムの入射側又は出射側にアレー状の集光素子が配
置されていることを特徴とする請求項１記載のホログラ
ムを用いたカラーフィルター。3. The hologram is composed of interference fringes having uniform or little wavelength dependence of diffraction efficiency, and an array-shaped condensing element is arranged on the entrance side or the exit side of the hologram. A color filter using the hologram according to claim 1.
畳された回折波長及び角度選択性のある集光性単位ホロ
グラムをアレー状に配置してなるものであることを特徴
とする請求項１記載のホログラムを用いたカラーフィル
ター。4. The hologram is recorded in a multiplexed manner or is formed by arranging light-converging unit holograms having a diffraction wavelength and an angle selectivity, which are superposed on each other, in an array form. Color filter using the hologram.
畳された一様な回折波長及び角度選択性のある干渉縞か
らなり、前記ホログラムの入射側又は出射側にアレー状
の集光素子が配置されていることを特徴とする請求項１
記載のホログラムを用いたカラーフィルター。5. The hologram is composed of interference fringes having a uniform diffracted wavelength and angle selectivity in which multiple holograms are recorded or superposed, and an array-shaped condensing element is arranged on the entrance side or the exit side of the hologram. Claim 1 characterized by the above.
Color filter using the described hologram.
素子のバックライト入射側に配置されていることを特徴
とする請求項１から５の何れか１項記載のホログラムを
用いたカラーフィルター。6. A color filter using a hologram according to any one of claims 1 to 5, wherein the color filter is arranged on a backlight incident side of a liquid crystal display element in which liquid crystal cells are arranged periodically. .
に光拡散手段が配置されていることを特徴とする請求項
６記載のホログラムを用いたカラーフィルター。7. The color filter using a hologram according to claim 6, wherein a light diffusing means is arranged at any position on the exit side of the hologram.
に対応した位置に遮光手段が配置されていることを特徴
とする請求項６又は７記載のホログラムを用いたカラー
フィルター。8. A color filter using a hologram according to claim 6, wherein the liquid crystal display element is provided with a light shielding means at a position corresponding to a region between the liquid crystal cells.
晶表示素子のバックライト入射側に配置されていること
を特徴とする請求項６から８の何れか１項記載のホログ
ラムを用いたカラーフィルター。9. A color using a hologram according to claim 6, wherein the color is arranged on the backlight incident side of a liquid crystal display device provided with a projection means for projecting a display image. filter.
素子の入射側に配置されていることを特徴とする請求項
１から５の何れか１項記載のホログラムを用いたカラー
フィルター。10. The color filter using the hologram according to claim 1, wherein the color filter is arranged on an incident side of an image pickup element in which photodetection elements are arranged periodically.
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