JPH08505714A - カラーディスプレイ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 カラーディスプレイ装置は、少なくとも２つの原色波長で放射する１つの光源と、ホログラフィックレンズ（ＨＬ）のアレイと、レンズ当たりの１つのピクセル（画素）、表示される原色波当たりの１つのサブピクセルを含む各ピクセルからなる空間光変調器（ＬＣＤ）を少なくとも含む。各ホログラフィックレンズは多種の波長を分散させ、サブピクセルでそれらの各々に焦点を結ぶ。そのような設計は多種の波長における単一のレンズのみで提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】 カラーディスプレイ装置及びその製造方法 本発明は、特に三色表色装置のような単一のプロジェクタにおけるカラーディ スプレイ装置及び製造方法に関する。大型ビデオ画像を得るために、重くかつ大 きい陰極線管の対する代わりの１つの解決方法としては液晶バルブ（液晶表示装 置又はＬＣＤ）を使用しているプロジェクタである。 ＬＣＤプロジェクタはスライド映写機、ＬＣＤバルブ又はスライドに置き換え たバルブの主面に関して動作するものである。 カラー画像は赤色、緑色又は青色の３つの原色の１つの色によって、又は原色 の１つのみを伝播するカラーフィルタに備えられている画素（画像要素）の単一 バルブによって各々照射された３つの単一表色スクリーンからのいずれかから得 られる。そして、１つのカラーポイント３つの原色のサブピクセルから構成され る。 カラーフィルタと共に単一バルブを使用する単一プロジェクタの構成は大変簡 単である。ランプ、ＬＣＤバルブ及びプロジェクト対物レンズから成る。しかし 、下記のいくつかの問題点がある。 ・低い光収率：光の約２／３が更にごく僅かでない単一のカラーのみを通過す るカラーフィルタよって絞られる。 ・ＬＣＤバルブは液晶セルの中に挿入されるカラーフィル タの精巧な技術のために製造することが難しい。 本発明はこれらの問題点を軽減できる液晶単一バルブカラーディスプレイ装置 に関する。 本発明は、カラーディスプレイ装置に関し、 ・少なくとも２つの原色波長で放射する少なくとも１つの光源と、 ・ホログラフィックレンズのアレイと、 ・レンズ当たりの１つのピクセル（画素）、表示される原色波当たりの１つの サブピクセルを含む各ピクセルからなる空間光変調器と、 ・サブピクセルで各々それらに焦点を結び、かつ多種の原色を分散するアレイ のレンズとを含む。 また、本発明は、カラーディスプレイ装置の製造方法に関し、 ・ホログラフィック材料の層を作成し、 ・基準光波と少なくとも１つの円柱又は球面光波がホログラフィック材料の層 に干渉するように作られ、これらの波は同じ記録波長を有し、ブラッグ条件によ る条件での他の波長での他の光波によって再び読出すことができる少なくとも１ つのホログラフィックレンズを作成し、 ・空間光変調器は選択された波長に相当するホログラフィックレンズの焦点面 に関係付けられる。 本発明の多種の特徴は図面と共に本発明の次の詳細な説明から明らかとなるで あろう。 図１は本発明に係る装置の一実施例を示す図である。 図２ａはホログラフィックレンズのアレイを記録する方法を示す図である。 図２ｂは図２ａに記録された材料の読出しを示す図である。 図３及び図４は記録レンズの多種の波長を用いた読出しを示す図である。 図５は本発明に係るホログラフィックレンズを介した通過後の三色ビームの空 間光の平面での断面図である。 図６〜図８は４象限に関する本発明に係る実施例を示す図である。 図１を参照して、本発明の装置に係る実施例は以下開示する。 この装置は、次の構成からなる。 ・光源によって照射された光の光軸を平行にするための周知の技術の光学系シ ステムからなる白色光源（Ｓ）、 ・選択的に焦点を結ばせた光源によって照射された光に含まれる多種の波長を 可能とするホログラフィックマイクロレンズＨＬのマトリクスＨＭＬ。好ましく はこれらの波長は赤色、緑色及び青色に相当する。 ・カラーフィルタを設けていないが構成するサブピクセルに提供される三色ビ デオ信号ＲＧＢによって制御される液晶バルブＬＣＤのような空間光変調器。更 に、カラーポイントのサブピクセルはマトリクスでのレンズによって焦点を結ば れた三色に各々相当する各ビームの通過する上に存在している。 三色スクリーンにおいて、任意の光ビームを放射するピクセル（画素）は３つ の、赤色、緑色及び青色のサブピクセルを含む。そのようなピクセルは通常ドッ トと呼ばれている。 １つの提案として、全可視スペクトラムをカバーするスぺクトラム帯域幅を持 っているホログラフィックレンズＬＨの１つのマトリクスＨＭＬである。１つの 基本的なレンズＨＬは１つのドットに等価である瞳孔を備えている。 例えば、単一色の平面波ＰＷと単一色の球面波ＳＷの間の干渉パターンを記録 することによって作られ、両方の波は屈折率（図２ａ）の変調に光強度変調を変 換する光電感度材料Ｍに第１の波長λ₀を有する。 更に発展させれると、波ＰＷと同じ平面波（入射角や波長の面で）によって照 射される基本的なレンズＨＬは１００％に変動する効率ηを持つ波ＳＷ’を回折 する。そして、レンズＨＬはブラッグ条件（図２ｂ参照）で動作する。その波Ｓ Ｗは点Ｆ₀に焦点を結ばれる。高い効率を得るために最大限に活用された材料の パラメータは、厚みｄ、屈折率変調Δｎ及び表示された格子の平均な隙間である 。 レンズＨＬが入射角と同じであるが他の波長λ₁≠λ₀を有しているビームＰＷ と共に表示されるならば、回折された波は波ＳＷ’に相当する焦点Ｆ₀と異なる 点に焦点を結ばれる。構成のこの色彩分散は焦点面にビームＰＷのスペクトラム を空間的に拡散の効果を有する。可視波長に相当する焦点の設定はスペクトラム 焦点と呼ばれる曲線に沿って存在する。図３は一例としての方法によるスペクト ラム焦点の断面 を示す図である。 本発明は図４に示すようにＬＣＤスクリーン上のドットの３つのサブピクセル に渡っての３つの三原色をスリットするためのこの特性を利用するものである。 この場合、赤色、緑色及び青色のバンドに関係付けられた焦点の位置がサブピク セルに相当する位置に一致するようにレンズの幾何学パラメータは算出される。 付与される瞳孔レンズにおいて、調整されるべきパラメータはオフ軸角θ_iと呼 ばれる平面波の入射角と焦点距離ｆである。 この場合、光源の表色スペクトラルフィルタの一部分又は全部を生成するため にブラックマトリクスは使用され得る（図４及び図５）。 以下、垂直バンドでの開示された赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）のサブピクセ ルを供給する液晶スクリーンの一例に関係する装置の一例を説明する。 （液晶スクリーンの特徴） ・１６／９フォーマット ・対角線 Ｄ＝３．７インチ、例えば高さ４６ｍｍと長さ８２ｍｍのスクリー ン ・３２０ＲＧＢドットの５６０ライン以上の画素（９６０サブピクセル）の分 布 サブピクセルのサイズは８５×８５μｍである。 ・図５に示す画素幾何学に対して４５％で光が伝送される画素の口径比。サブ ピクセルの通常領域は水平で６５μｍと垂直で５０μｍである。 （ホログラフィックレンズの幾何学パラメータ） 幾何学パラメータ：Θｉとｆ。 ホログラフィックレンズのマトリクスＨＭＬにおいて基本的なレンズの瞳孔Φ の高さは一例で３×８５μｍなど３ピクセルの高さに相当する。この例において 、焦点距離は液晶スクリーンＬＣＤのカウンタプレートの現在の標準厚さ、少な くとも１１００μｍに等しい。 図４は一例の中で選んだ液晶スクリーンＬＣＤで構成された動作点を示す図で ある。 ・Θｉ＝１５° ・ｆ＝８×Φ＝２０４０μｍ ・λ＝５３５ｎｍに相当する軸上の焦点 各スペクトルバンドが空間的にサブピクセル内で分配されるように拡散は調整 される。図５はスクリーンＬＣＤの平面において焦点面を介しての断面を示す図 である。 本発明の好ましい実施例において、２つの波長λ₁とλ₂（例えば、λ₁＝６２ ０ｎｍ、λ₂＝４５０ｎｍ）の間に存在する波長の範囲内を使用して表示するた めに、マトリクスＨＭＬにおける各レンズＨＬは波長λ₁とλ₂（例えば、λ₀≒ （６２０＋４５０）／２＝５３５μｍ）の意味に実質的に等しい。好ましい実施 例において、ビームＳＷの軸はマトリクスＨＭＬの平面に垂直である。次に、液 晶スクリーンを表示するために、波長λ₀を偏波するつもりである各サブピクセ ルは各レンズによって伝播される波長λ₀での波の焦点に位置付けられるように 液晶スクリーンＬＣＤは配置され る。更に、液晶スクリーンは各レンズＨＬの光軸に対して垂直な平面に実質的に 方向づけられ得る。よって、ドットは中央のサブピクセルＧを含み、波長λ₀に 近い光は焦点を結び、各λ₁及びλ₂に近い波長での光の実質的に同じ量を受光す る２つのサイドサブピクセルに焦点を結ぶ。 他の実施例として、ホログラフィックレンズのマトリクスは実際に並置された 並列円柱レンズのアレイである。よって、各レンズは各波長に対してフラットな 光ビームを伝播する。レンズＨＬにおいて、例えば、波長λ₀のビームはスクリ ーンＬＣＤの平面に存在するラインに焦点を結ばれる。そして、スクリーンＬＣ ＤのサブピクセルＧはこのラインにそって配列される。波長λ₁とλ₂のビームは 波長λ₀のビームに対して平行である。サブピクセルＲ及びＢは各ラインのいず れかのサイドの上に、かつサブピクセルＧのラインに平行なラインに沿って配列 されている。 次に、スクリーンＬＣＤは液晶スクリーンとしてみなされるが、任意の他の空 間光偏波装置であり得る。 （ホログラフィック材料のパラメータ） レンズＨＬとして、例えば５３５ｎｍの緑の中央波長、色度測定に対して最大 限に活用される波長で１００％の最大効率を持つ、色全可視スペクトルに等しい 帯域幅Δλを得るように努められる。一例によれば、及び前述の動作点において 、次の（Δｎ，ｄ）の組を選ぶことができる。 ・ｄ＝１０μｍ ・Δｎ＝０．０２５ これらの値は重クロム酸塩ゼラチン又はホトポリマのようなホログラフィック 材料のものと合っている。 ここで提供されるＬＣＤを表す装置は投影対物に関係づけることによって製造 される単一バルブのプロジェクタを可能とする。 投影されるフラックスを最大限に活用するために、ＬＣＤの後ろのフィールド レンズ又はフィールドレンズとして動作するレンズＨＬの各々でスクリーンＬＣ Ｄの後に配置されたレンズＨＬの第２のマトリクスのいずれかのプロジェクト装 置に含まれることは重要である。 そのシステムは配列された同じ色のサブピクセルに沿った方向であると同じで カラーピクセル（デルタ等）の相対的な配置に適応される。 また、本発明は直視型スクリーンを提供し得る。 本発明の装置はカラーフィルタなしでＬＣＤスクリーンを含む任意の装置を一 般化され得る。 ・ＨＬｓのマトリクスの数は白色ドットを形成するサブピクセルの数より少な い。例えば、４象限に適合の構成（図６）において、２つのマトリクス、ＨＭＬ １及びＨＭＬ２（例えば図７）を重ね合わせることができ、その１つ（ＨＭＬ１ ）は赤色の１００％及び緑色の５０％を回折し、他（ＨＭＬ２）は青色の１００ ％及び緑色の５０％を回折する。 ・又は単一のマトリクスであるが、１つは各レンズがいくつかのＨＬｓを含む 。例えば、４象限に適合のピクセル構成において、マトリクスの構成パターンは 青色と緑色を分散す るレンズＨＬ１と、赤色と緑色を分散するレンズＨＬ２とを含む（図８を参照す ると）。各レンズはマッチングされたスペクトル帯域幅を有する。記載したよう に、この場合は青色の半分と赤色の半分が失われる。 図７の装置において、２つのホログラフィックレンズマトリクスＨＭＬ１及び ＨＭＬ２は異なる特性を有する。それらは図７に示すような組み合わせたときに そのような方法で分離して表示され、図６に示す４象限のように表示される４象 限にできる。 図８の装置は単一の材料から作られる。しかし、図１〜図５に関連した前述の 説明で形成する各レンズＨＬの同等の物は２つの並置されたレンズＨＬ１とＨＬ ２で示される。レンズＨＬ１が青色の範囲で存在する波長と緑色の範囲で存在す る波長のみで焦点を結ぶようにレンズＨＬ１の帯域幅は算出される。レンズはＧ 波長の光における点Ｇ１に向かっての光とＢ波長の光における点Ｂに向かっての 光を回折する。 レンズＨＬ２の帯域幅は赤色の範囲で存在する波長及び緑色の範囲で存在する 波長のみに焦点を結ぶように算出される。レンズＨＬ２は点Ｇ２及びＲにそれぞ れ向かってのＧとＲの波長を伝播する。図８は図６の４象限を提供する点Ｂ，Ｇ １，Ｇ２及びＲを示す。この場合、ＨＬ１によって回折されない赤色の部分及び ＨＬ２によって回折されない青色の部分が失われることがわかる。 説明した本発明はホログラフィックレンズの単一のマトリクスを使用したもの に相当するビデオ信号によってアドレス 化されるピクセルに向かって同時に選択的に焦点を結ぶように光源の各原色を可 能とする。本発明は液晶セルの外側に位置付けられたホログラフィックマイクロ レンズの単一のマトリクスを有する三色電子駆動ＬＣＤのカラーフィルタのマト リクスに置き換えることによって単一バルブプロジェクタで達成されるように４ 〜８の輝度の損失を得られる。更に、ディスプレイ装置を製造する方法はカラー フィルタを省くことによって明らかに簡単になる。 上述のように、三色ディスプレイ装置は一例の方法によって説明したが、本発 明は２つのディスプレイスクリーンを使用することにおける重クロム酸塩（例え ば青色や緑色）ディスプレイ装置に適応できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デルブルブ アンヌ フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン―セーエスエフ エスセーペイ内 (72)発明者 ユイグノー ジャン−ピエール フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン―セーエスエフ エスセーペイ内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カラーディスプレイ装置において、 少なくとも２つの原色波長（λ₀，λ₁，λ₂）で放射する少なくとも１つの光 源（Ｓ）と、 ホログラフィックレンズ（ＨＬ）のアレイ（ＨＭＬ）と、 レンズ当たりの１つのピクセル（画素）、表示される原色波当たりの１つのサ ブピクセルを含む各ピクセルからなる空間光変調器（ＬＣＤ）と、 サブピクセルで各々それらに焦点を結び、かつ多種の原色を分散するアレイ（ ＨＭＬ）のレンズ（ＨＬ）とを含むことを特徴とするカラーディスプレイ装置。 ２．空間光変調器が１つである請求項１記載の装置。 ３．カラースペクトラムの原色波長に各々相当する少なくとも主に３つの波長 （Ｒ，Ｇ，Ｂ）を放射する光源（Ｓ）と、 空間光変調器（ＬＣＤ）の平面で２つの先端空間スペクトラルバンド（Ｒ，Ｂ ）の間に中間の波長に焦点を結ぶ各レンズ（ＨＬ）と、 得られるために変調器の最良のコントラストを可能とする角度でわずかに傾い た、又は平均波長ビームの光軸に垂直な平面に配向された空間光変調器（ＬＣＤ ）と、 原色（Ｒ，Ｇ又はＢ）の１つに相当するスペクトラルバンドを有する光を受光 し、かつレンズ（ＨＬ）によって伝播される、３つのサブピクセルを含む各画素 （ピクセル）の空間 光変調器とを含む請求項１記載の装置。 ４．変調器がレンズ（ＨＬ）の光軸に垂直な平面に、又は光軸に対してわずか に傾いて配向される請求項３記載の装置。 ５．平均波長は３つのスペクトラルバンド（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の１つの範囲内に存 在する請求項３記載の装置。 ６．空間光変調器（ＬＣＤ）は液晶スクリーンである請求項１記載の装置。 ７．ホログラフィックレンズ（ＨＬ）のアレイ（ＨＭＬ）は互いに平行のアレ イであり、かつ並置された円柱レンズである請求項１記載の装置。 ８．ホログラフィックレンズ（ＨＬ）のアレイ（ＨＭＬ）は球面レンズのマト リクスである請求項１記載の装置。 ９．ホログラフィックレンズのアレイ（ＨＭＬ）はそのような方法で光源（Ｓ ）によって放射され、前記波長（λ₀）におけるブラッグ条件で動作できる請求 項１記載の装置。 １０．ホログラフィックレンズの２つの並置されたアレイ（ＨＭＬ１，ＨＭＬ ２）と、最短波長（Ｂ）で光の１００％と平均波長（Ｇ）で光の５０％回折する 第１のアレイ、及び最長波長（Ｒ）で光の１００％と平均波長（Ｇ）で光の５０ ％回折する第２のアレイとを含む請求項１記載の装置。 １１．各レンズ（ＨＬ）は２つの基本的なレンズ（ＨＬ１，ＨＬ２）からなり 、該２つの基本的なレンズは焦点面（Ｐ）に空間的にオフセットされる２つの点 に焦点を結ばれる２つのビームの中に前記波長（λ₀）を拡散する請求項１ 記載の装置。 １２．ホログラフィック材料の層を作成し、 基準光波（ＰＷ）と少なくとも１つの円柱又は球面光波（ＳＷ）がホログラフ ィック材料の層に干渉するように作られ、これらの波は同じ記録波長を有し、ブ ラッグ条件による条件での他の波長での他の光波によって再び読出すことができ る少なくとも１つのホログラフィックレンズ（ＨＬ）を作成し、 空間光変調器（ＬＣＤ）は選択された波長に相当するホログラフィックレンズ の焦点面に関係付けられることを特徴とするカラーディスプレイ装置の製造方法 。 １３．空間光変調器（ＬＣＤ）はレンズ（ＨＬ）と少なくとも同じ数の画素（ ピクセル）からなり、各ピクセルは原色カラーと同じ数のサブピクセルからなり 、各ピクセルの中央サブピクセルは可視スペクトラムの中央波長に実質的に等価 の波長を有する波の焦点に配置され、空間光変調器の平面はこの波の光軸に垂直 である請求項１２記載の方法。 １４．標準光波（ＰＷ）と円柱又は球面の光波はディスプレイされる波長の平 均に実質的に等しい波長を有する請求項１２記載の方法。 １５．第２の光波が波長及び方向において基準光波（ＰＷ）に類似している請 求項１２又は１４に記載の方法。 １６．基準光波は平面波である請求項１２記載の方法。 １７．基準波はＬＣＤの層での照射光源の角分布を考慮するように算出された 平面でない請求項１２記載の方法。