JPH09230323A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホログラムによって回折された各波長の光が
集光すべき画素以外の画素に向けて集光されても、表示
画像の色純度の低下を防ぎ、鮮明なカラー画像が得れる
ようにする。 【解決手段】 光源部からの平行光をホログラム５によ
って各波長ごとに異なる回折角で回折して、液晶セル８
のＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する画素に向けて集光させる
ことにより、カラー画像を表示する液晶表示装置におい
て、液晶セル８の各画素のうち、Ｂ用の画素のみに対応
するカラーフィルタ１１を備えた。したがって、ホログ
ラム５によって回折されるＧ、Ｂ波長の光を液晶セル８
のＧ、Ｂ用の各画素に向けて集光させると、ホログラム
５に入射する光が完全な平行光でないことにより、他の
Ｒ波長の光がＲ用の画素に集光される以外に、その一部
が隣接するＢ用の画素に向けて出射されても、その一部
の光をカラーフィルタ１１によって吸収し、これにより
色純度の低下を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラー画像を表
示する液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置においては、光源部からの
平行光をホログラムによって赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の各波長ごとに分光するとともに液晶表示パネル
（液晶表示素子）のＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する画素に
集光させることにより、光源部からの光の利用効率を高
めて、明るいカラー画像を表示するものが開発されてい
る。この液晶表示装置の液晶表示パネルは、一対の透明
な電極基板間に液晶を封入した液晶セルの入射側および
出射側にそれぞれ偏光板を設けた構造になっている。液
晶セルは、一対の電極基板間に形成された画素がドット
マトリックス状に多数配列されたものであり、Ｒ、Ｇ、
Ｂの３色に対応する３画素が単位画素をなし、この単位
画素を周期的に配列した構造になっている。また、ホロ
グラムは、光源部からの平行光が一定の角度をもって入
射し、この入射した平行光をＲ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに
異なる回折角で回折して液晶セルのＲ、Ｇ、Ｂの各色に
対応する画素に向けて集光させるものであり、液晶セル
の単位画素に対応する単位ホログラムを周期的に配列し
た構造になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような液晶表示装
置では、光源部からの平行光をホログラムに一定の角
度、例えばホログラムに対し約４０°の角度をもって入
射させる際、入射する光を完全な平行光としてホログラ
ムに入射させることができず、実際には±４°程度の幅
をもって入射することになる。このため、ホログラムに
よって回折されたＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光のうち、いず
れか１種類の波長（例えばＧ波長）の回折効率がピーク
になるように、その１種類の波長の光を液晶セルの対応
する色の画素（Ｇ用の画素）に集光させると、他の種類
の波長の光のうち、１種類の波長の光の一部（例えばＲ
波長の光またはＢ波長の光のいずれかの一部）、もしく
は２種類の波長の光の一部（例えばＲ波長の光とＢ波長
の光の両方の一部）が液晶セルの集光すべき画素から外
れて他の画素に入射することになり、これにより表示画
像の色純度が低下し、鮮明なカラー画像が得られないと
いう問題がある。

【０００４】この発明の課題は、ホログラムによって回
折された各波長の光が集光すべき画素以外の画素に向け
て集光されても、表示画像の色純度の低下を防ぎ、鮮明
なカラー画像を得ることができるようにすることであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、光源部から
の光を平行光としてホログラムに入射させ、このホログ
ラムによって入射した平行光を各波長ごとに異なる回折
角で回折して、液晶表示素子の赤、緑、青の各色に対応
する画素に向けて集光させることにより、カラー画像を
表示する液晶表示装置において、液晶表示素子の各画素
のうち、赤、緑、青のいずれか１種類または２種類の各
画素のみに対応するカラーフィルタを備えたことを特徴
とするものである。したがって、この発明によれば、ホ
ログラムによって回折される赤、緑、青の各波長の光の
うち、いずれか１種類の波長の光をその回折効率がピー
クになるようにカラーフィルタのない液晶セルの対応す
る色の画素に集光させると、ホログラムに入射する光が
完全な平行光でなく、ある程度の幅をもった平行光であ
ることにより、ホログラムによって回折される他の波長
の光の一部が集光すべき画素以外の画素に向けて出射さ
れることになるが、このように他の波長の光の一部が他
の画素に向けて出射され、かつ入射しても、その光をカ
ラーフィルタによって吸収することができ、このため表
示画像の色純度の低下を防ぐことができ、鮮明なカラー
画像を得ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照し
て、この発明を液晶プロジェクタに適用した一実施形態
について説明する。図１は液晶プロジェクタの全体構成
図である。この図において、１は光源部であり、放物曲
面などからなるリフレクタ２の焦点位置に光源３を配置
し、この光源３から発生した光をリフレクタ２によって
光軸４に平行な光として反射する構造になっている。こ
の光源部１の前方（反射側）にはホログラム５が光軸４
に対し所定角度傾斜して配置されており、このホログラ
ム５の出射側には液晶表示パネル６がホログラム５に対
し平行に配置されている。さらに、この液晶表示パネル
６の出射側には、液晶表示パネル６に表示された画像を
スクリーン（図示せず）に拡大投影する投影レンズ７が
配置されている。

【０００７】液晶表示パネル６は、一対の透明な電極基
板間に液晶を封入した液晶セル８と、この液晶セル８の
入射側に設けられた入射側偏光板９と、液晶セル８の出
射側に設けられた出射側偏光板１０とから構成されてい
る。液晶セル８は、一対の電極基板間に形成される画素
がドットマトリックス状に多数配列されているととも
に、各画素間にブラックマトリックスＢＭが設けられ、
かつ入射側の電極基板の内面に図２に示すカラーフィル
タ１１が設けられた構造になっている。また、この液晶
セル８は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応する３画素を１組と
し、この１組が単位画素を構成し、この単位画素が周期
的に配列されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素のサイズが約
４２μｍ、画素ピッチが約８８μｍ、ブラックマトリッ
クスＢＭの幅が約４６μｍに形成された構造になってい
る。カラーフィルタ１１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応す
る各画素のうち、Ｂ用の画素のみに対応して設けられた
Ｂ色用のフィルタであり、入射側の電極基板の出射面、
つまり一対の電極基板間に形成された画素の入射側に設
けられており、他のＲ用およびＧ用の２種類の画素に対
応する個所には設けられていない構造になっている。な
お、入射側偏光板９は、ホログラム５から出射された光
のうち、特定偏光成分の光を選択して透過するものであ
る。出射側偏光板１０は、液晶セル８を透過した光のう
ち、特定偏光成分の光を選択して透過するものである。

【０００８】ホログラム５は、１つの回折格子でＲ、
Ｇ、Ｂのいずれの波長の光をも回折するとともに波長に
応じて異なる回折角で回折するものであり、図２に示す
ように、光源部１からの平行光が所定の角度（例えば、
４０°±４°）をもって入射し、この入射光を液晶セル
８の各色に対応する画素に向けて集光させる構造になっ
ている。すなわち、このホログラム５は、液晶セル８の
単位画素に対応する単位ホログラムを配列形成した構造
になっており、単位ホログラムは、その長さが約２６４
μｍで、回折格子のピッチｄが０．６８８〜１．１３２
μｍの範囲で形成され、Ｒ波長（λ＝０．６４μｍ）、
Ｇ波長（λ＝０．５５μｍ）、Ｂ波長（λ＝０．４６μ
ｍ）の各波長の光を液晶セル８の各色に対応する画素に
向けて集光させるように設定されている。また、このホ
ログラム５は、表示画像を明るくするために、回折する
Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長の光のうち、Ｇ波長の回折効率がピ
ークとなるように設定されている。すなわち、このホロ
グラム５は、Ｇ波長の光が液晶セル８のＧ用の画素を囲
むブラックマトリックスＢＭの領域内に集光するととも
に、Ｂ波長の光がＢ用の画素を囲むブラックマトリック
スＢＭの領域内に集光するように、液晶セル８の各画素
の入射面までの距離が約８５０μｍに設定されている。

【０００９】このような液晶プロジェクタでは、図１に
示すように、光源３からの光がリフレクタ２で光軸４に
平行な光として反射され、この平行光がホログラム５に
所定の入射角度をもって入射し、この入射した光がホロ
グラム５によってＲ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに異なる回折
角で回折されて、それぞれ液晶表示パネル６の液晶セル
８の各色に対応する画素に向けて出射され、この出射さ
れた各波長ごとの光がまず入射側偏光板９に入射して特
定偏光成分の光が選択され、選択された特定偏光成分の
各波長の光が液晶セル８の各色に対応する画素を透過
し、この透過した光が出射側偏光板１０に入射して特定
偏光成分の光が選択され、この選択された特定偏光成分
の各波長の光が投影レンズ７によってスクリーンにカラ
ー画像として拡大投影される。

【００１０】ところで、この液晶プロジェクタでは、光
源部１からの平行光がホログラム５に所定の入射角度
（約４０°の角度）をもって入射するのであるが、完全
な平行光ではなく、±４°の幅をもって入射する。この
ため、ホログラム５に入射した光が図２に示すようにホ
ログラム５によってＲ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに異なる回
折角で回折されて、それぞれ液晶セル８の各色に対応す
る画素に向けて出射される際には、Ｇ波長の光は液晶セ
ル８のＧ用の画素を囲むブラックマトリックスＢＭの領
域内に向けて出射されるとともに、Ｂ波長の光はＢ用の
画素を囲むブラックマトリックスＢＭの領域内に向けて
出射されることになるが、Ｒ波長の光はそのほとんどが
Ｒ用の画素を囲むブラックマトリックスＢＭの領域内に
向けて出射されるとともに、その一部の光がその領域以
外のＢ用の画素に向けて出射されることになる。このた
め、Ｇ波長およびＢ波長の各光はそれぞれ対応する色用
の画素に入射して透過するが、Ｒ波長の光はそのほとん
どがＲ用の画素に入射しても、その一部の光が隣接する
Ｂ用の画素に入射することになる。しかし、このように
Ｒ波長の一部の光が隣接するＢ用の画素に入射する際に
は、このＢ用の画素に対応して設けられたカラーフィル
タ１１に入射するため、このカラーフィルタ１１によっ
てＲ波長の光が吸収される。したがって、液晶セル８の
各画素を透過した光は、各画素の色に応じた波長の光だ
けが透過することになり、このため表示画像の色純度が
高く、鮮明なカラー画像を得ることができる。

【００１１】また、この液晶プロジェクタでは、液晶セ
ル８の入射側の電極基板の内面、つまり各画素の入射側
面に、Ｂ用の画素に対応するＢ用のカラーフィルタ１１
のみを形成するだけでよいので、製造工程が簡単とな
り、液晶セル８の低価格化を図ることができる。すなわ
ち、従来、一般に用いられている液晶セルのカラーフィ
ルタはＲ、Ｇ、Ｂの３色からなっており、このようなカ
ラーフィルタを形成する場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラ
ーフィルタを１種類づつ順番に形成しなければならな
い。例えば、Ｒ用のフィルタを形成する場合には、ま
ず、Ｒ用のフィルタ材料を入射側の電極基板の内面全体
に設け、このＲ用のフィルタ材料をフォトリソグラフィ
法によりエッチングしてＲ用のフィルタ材料の不要な部
分を除去することにより、Ｒ用の画素に対応するＲ用の
フィルタを形成する。これと同様に、Ｇ用、Ｂ用の各カ
ラーフィルタを順次形成しなければならない。しかし、
この実施形態では、Ｂ用のカラーフィルタ１１のみを形
成するだけであるから、上述したように、カラーフィル
タ１１の製造が非常に簡単になる。

【００１２】なお、上記実施形態では、ホログラム５で
回折したＲ、Ｇ、Ｂの各波長の光のうち、Ｇ波長の光が
液晶セル８のＧ用の画素を囲むブラックマトリックスＢ
Ｍの領域内に集光するとともに、Ｂ波長の光がＢ用の画
素を囲むブラックマトリックスＢＭの領域内に集光する
ように、ホログラム５から液晶セル８の各画素の入射面
までの距離を約８５０μｍに設定したが、これに限ら
ず、例えば図３に示すように、少なくともＧ波長の光の
みが液晶セル８のＧ用の画素を囲むブラックマトリック
スＢＭの領域内に集光するように、ホログラム５から液
晶セル８の各画素の入射面までの距離を約８８０μｍに
設定しても良い。この場合には、図３に示すように、液
晶セル８のＲ用の画素以外のＧ用およびＢ用の各画素に
対応させてカラーフィルタ１２を設ければ良い。すなわ
ち、このカラーフィルタ１２は、Ｇ用の画素に対応する
Ｇ用のフィルタとＢ用の画素に対応するＢ用のフィルタ
とからなっている。

【００１３】このような液晶プロジェクタでは、約４０
°の角度でホログラム５に入射した光が図３に示すよう
にホログラム５によってＲ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに異な
る回折角で回折されて、それぞれ液晶セル８の各色に対
応する画素に向けて出射される際には、ホログラム５に
入射する光が完全な平行光でなく、±４°の幅をもった
平行光であるから、Ｇ波長の光を液晶セル８のＧ用の画
素を囲むブラックマトリックスＢＭの領域内に向けて出
射すると、Ｂ波長の光はそのほとんどがＢ用の画素を囲
むブラックマトリックスＢＭの領域内に向けて出射され
るが、その一部の光がその領域以外のＧ用に画素に向け
て出射されることになり、Ｒ波長の光はそのほとんどが
Ｒ用の画素を囲むブラックマトリックスＢＭの領域内に
向けて出射されるが、その一部の光がその領域以外のＢ
用に画素に向けて出射されることになる。このため、Ｇ
波長の光は対応するＧ用の画素に入射して透過するが、
Ｂ波長およびＲ波長の各光はそのほとんどがそれぞれＢ
用およびＲ用の各画素に入射しても、これらの各一部の
光が隣接するＧ用およびＢ用の各画素に入射することに
なる。しかし、このようにＢ波長およびＲ波長の各一部
の光が隣接するＧ用およびＢ用の各画素に入射する際に
は、上述した実施形態と同様、これらＧ用およびＢ用の
各画素に対応して設けられたカラーフィルタ１２によっ
てＢ波長およびＲ波長の各光を吸収することができる。

【００１４】したがって、このような液晶プロジェクタ
でも、液晶セル８の各画素を透過した光は、各画素の色
に応じた波長の光だけが透過することになり、表示画像
の色純度が高く、鮮明なカラー画像を得ることができる
とともに、従来の一般的なカラーフィルタのようにＲ、
Ｇ、Ｂの３種類で構成する必要なく、Ｇ、Ｂの２種類で
構成するばよいので、従来の液晶セルに比べて製造工程
が簡単となり、低価格なものを得ることができる。

【００１５】また、上記実施形態では、液晶セル８の入
射側の電極基板の内面、つまり各画素の入射側面にカラ
ーフィルタ１１または１２を形成したが、これに限ら
ず、液晶セル８の出射側の電極基板の内面、つまり各画
素の出射側面に設けても、同様の効果を得ることができ
る。また、上記実施形態では、液晶表示素子である液晶
表示パネル６の入射側偏光板９をホログラム５の出射側
に配置した場合について述べたが、必ずしもホログラム
５の出射側に設ける必要はなく、ホログラム５の入射側
に配置しても良い。この場合には、光源部１の光軸４に
対し垂直に配置すれば良い。また、上記実施形態では、
光源部１が平行光を出射する構造になっているが、これ
に限らず、収束光または発散光を出射する構造でも良
い。この場合には、光源部からの光をフレネルレンズや
ホログラムなどの光学素子によって平行光に変換してホ
ログラム５に入射させれば良い。さらに、上記実施形態
では、液晶プロジェクタに適用した場合について述べた
が、これに限らず、例えば液晶表示パネル８に表示され
た画像を観察者が直接観察する液晶ディスプレイなどの
液晶表示装置にも適用することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源部からの光を平行光としてホログラムに入射さ
せ、このホログラムによって入射した平行光を各波長ご
とに異なる回折角で回折して、液晶表示素子の赤、緑、
青の各色に対応する画素に向けて集光させることによ
り、カラー画像を表示する液晶表示装置において、液晶
表示素子の各画素のうち、赤、緑、青のいずれか１種類
または２種類の各画素のみに対応するカラーフィルタを
備えたから、ホログラムによって回折される赤、緑、青
の各波長の光のうち、いずれか１種類の波長の光をその
回折効率がピークになるようにカラーフィルタのない液
晶セルの対応する色の画素に集光させると、ホログラム
に入射する光が完全な平行光でないことにより、ホログ
ラムによって回折される他の波長の光の一部が集光すべ
き画素以外の画素に向けて出射されても、その一部の光
をカラーフィルタによって吸収することができ、このた
め表示画像の色純度が低下することがなく、鮮明なカラ
ー画像を得ることができ、しかも液晶表示素子の画素に
対応するカラーフィルタが赤、緑、青のいずれか１種類
または２種類のみであるから、従来のような３種類の構
造のものに比べて製造が簡単となり、低価格なものを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した一実施
形態の全体構成図。

【図２】図１のホログラムから液晶セルの各画素までの
光路状態を示す概念図。

【図３】他の実施形態におけるホログラムから液晶セル
の各画素までの光路状態を示す概念図。

【符号の説明】

１ 光源部 ５ ホログラム ６ 液晶表示パネル ８ 液晶セル １１、１２ カラーフィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源部からの光を平行光としてホログラム
   に入射させ、このホログラムによって入射した平行光を
   各波長ごとに異なる回折角で回折して、液晶表示素子の
   赤、緑、青の各色に対応する画素に向けて集光させるこ
   とにより、カラー画像を表示する液晶表示装置におい
   て、 前記液晶表示素子の各画素のうち、赤、緑、青のいずれ
   か１種類または２種類の各画素のみに対応するカラーフ
   ィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記カラーフィルタは、前記液晶表示素子
   の各画素の入射側または出射側に設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。